發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障原因分析及處理方案

中國石油獨(dú)山子石化公司熱電廠 劉樹濤 常彩花 王鵬年 陳 剛 藺國旭

1 發(fā)電機(jī)定子接地故障發(fā)生

2018年8月27日23:52分，發(fā)電車間電氣運(yùn)行監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)ECS 報出“#1發(fā)變組A 柜、B 柜定子接地報警”故障。同時1#發(fā)變組監(jiān)控畫面顯示：1#發(fā)電機(jī)Ua,Ub 相電壓由之前的7.9kV 上升到了13.4kV；Uc 相電壓由7.9kV 下降為0.38kV；三相線電壓顯示不變，為13.74kV。1#發(fā)變組保護(hù)A 柜、B 柜的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)均發(fā)出“定子接地零序電壓信號”和“三次諧波電壓差動”報警信號。1#發(fā)變組故障錄波啟動?，F(xiàn)場人員用數(shù)字萬用表在發(fā)變組保護(hù)屏和發(fā)電機(jī)出口PT 處進(jìn)行測量，發(fā)電機(jī)兩組PT 的三相電壓測量結(jié)果均顯示C相電壓接近零。因此，基本可排除微機(jī)保護(hù)誤報和PT 保險熔斷等原因，初步判斷發(fā)電機(jī)一次系統(tǒng)C 相接地故障[1]。

2018年8月28日1:50#1機(jī)組打閘停機(jī)。立即組織人員拆除發(fā)電機(jī)出口軟連接，并單獨(dú)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行絕緣測試，測試結(jié)果：發(fā)電機(jī)A 相、B 相對地絕緣良好，發(fā)電機(jī)C 相對地絕緣為0，判斷發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生C 相金屬性接地故障。拆除軟連接后進(jìn)行絕緣測試，發(fā)電機(jī)C 相兩組并聯(lián)線圈中一組線圈對地為零、另一組線圈對地電阻絕緣合格。9月6日21點(diǎn)，1#發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子后，明顯可以看到1#發(fā)電機(jī)汽端繞組開口處放電痕跡，放電痕跡約15厘米長，鐵芯局部有約2厘米左右的灼傷痕跡。查閱圖紙后，判斷是C 相繞組第38號槽的上層繞組發(fā)生單相接地故。

2 故障發(fā)生前后現(xiàn)象

1#發(fā)電機(jī)由山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)，2007年5月出廠，2008年9月投入運(yùn)行，運(yùn)行近10年時間，本次故障前發(fā)電機(jī)各項(xiàng)電氣參數(shù)均正常，發(fā)電機(jī)進(jìn)出口冷卻風(fēng)溫均在指標(biāo)范圍內(nèi)；1#發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過電壓互感器接地（屬于不接地系統(tǒng)），根據(jù)規(guī)范要求，發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地后安全電流：額定電壓13.8kV、額定容量135MW、發(fā)電機(jī)安全接地電流應(yīng)≤2A。根據(jù)電調(diào)下發(fā)的發(fā)變組保護(hù)定值單，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)跳閘投入為0，只報警不出口跳閘。

圖1 發(fā)電機(jī)汽端繞組表面擊穿

圖2 發(fā)電機(jī)汽端繞組絕緣層破壞

根據(jù)發(fā)電機(jī)短路痕跡[2]分析：繞組內(nèi)部綁扎帶內(nèi)部首次發(fā)生放電，并沿線圈表面閃絡(luò)放電至鐵芯接地形成貫穿，如圖1所示。9月12日剝離接地點(diǎn)外絕緣后，在內(nèi)部銅線表面可明顯看到接地灼傷黑點(diǎn)，同時線圈絕緣層遭到電弧放電燒灼發(fā)黑，如圖2所示。

3 故障原因分析及定子線圈修復(fù)

故障原因分析：故障點(diǎn)綁扎帶內(nèi)部絕緣薄弱，故障點(diǎn)處的絕緣性能不一致。同時，故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)C 相首端對地電壓高，長期在交變電場作用下故障點(diǎn)電場分布不均勻，在內(nèi)部發(fā)生輕微閃絡(luò)放電[3]；故障點(diǎn)閃絡(luò)放電高溫將導(dǎo)致絕緣材料性能下降，絕緣材料性能下降將導(dǎo)致閃絡(luò)放電程度增大，閃絡(luò)放電增大進(jìn)一步加劇絕緣材料性能下降。當(dāng)故障點(diǎn)閃絡(luò)放電破壞線圈表面絕緣后，將沿著線圈表面防電暈高阻層向接地點(diǎn)鐵芯放電，最終導(dǎo)致貫穿性表面放電擊穿，形成接地故障。

1#發(fā)電機(jī)定子線圈受損修復(fù)[4]內(nèi)容：更換定子38號線槽上層線棒；發(fā)電機(jī)定子受損鐵芯修復(fù)；發(fā)電機(jī)定子其他線圈受損修復(fù)；發(fā)電機(jī)定子全部線圈表面重新絕緣處理等事項(xiàng)；按照國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)電機(jī)直流、交流耐壓試驗(yàn)并試驗(yàn)合格；檢修完成后驗(yàn)收合格，確保1#發(fā)電機(jī)安全投入正常運(yùn)行。

4 防范措施

上海電機(jī)修理廠技術(shù)人員清除C 相38號槽線棒，制作新的線棒放入38號槽內(nèi)，處理好絕緣后，按照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通過直流和交流耐壓試驗(yàn)合格后，開機(jī)投入運(yùn)行；發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行后，發(fā)電車間要強(qiáng)化對發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，密切注意發(fā)電機(jī)三相電流平衡性，控制好發(fā)電機(jī)進(jìn)出口冷卻風(fēng)溫在指標(biāo)合格范圍內(nèi)；電氣車間的保護(hù)試驗(yàn)班組對ECS后臺、發(fā)變組保護(hù)裝置、微機(jī)勵磁裝置及故障錄波器進(jìn)行全面檢查，確保各項(xiàng)參數(shù)合格范圍內(nèi)，無任何報警信息；在后期發(fā)電機(jī)大修時，電氣車間要仔細(xì)檢查發(fā)電機(jī)定子線圈，嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。

綜上，發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障后，故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧會灼傷鐵芯[5]，使修復(fù)工作復(fù)雜化，而且電容電流越大、持續(xù)時間越長對鐵芯的損害越嚴(yán)重。另外，單相接地故障會進(jìn)一步發(fā)展為匝間短路或相間短路，出現(xiàn)巨大的短路電流，造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。因此，定期對發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，密切關(guān)注各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。同時檢修后要進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，包括定子受損鐵心硅鋼片、定子線圈端部絕緣、定子繞組的直流電阻、定子繞組直流耐壓性能、定子繞組交流耐壓性能等都要一一檢驗(yàn)，確保機(jī)組檢修完好后投入運(yùn)行。