发电机定子线棒接地故障实例处理分析

发电机定子线棒接地故障实例处理分析

王峰

(陕西商洛发电有限公司陕西726007)

摘要：近年来，大部分电厂汽轮发电机组出力都能达到额定值，各项性能与参数也足以满足正常运行方式的要求。但是，由于技术因素的限制，汽轮发电机定子在制造、使用中过程中为单一整体，维修非常困难。因此，本文对大型汽轮发电机定子接地故障原因进行了较为全面、系统的阐述，同时结合具体实例剖析了这些故障对机组安全运行带来的危害及相应的处理措施。

关键词：发电机定子;接地故障;处理对策；

1发电机定子接地故障的危害性

发电机定子绕组对地（铁芯）绝缘的损坏就可能会发生单相接地故障，这是定子绕组最常见的电气故障。定子绕组单相接地故障对发电机的危害主要表现在定子铁芯的烧伤和接地故障扩大为相间或匝间短路。铁芯烧伤由故障点电流If和故障持续时间t决定，If2越大，铁芯损伤越严重。对于没有伤及铁芯的定子绕组绝缘损坏，修复工作较简单，停机时间也较短;一旦烧及铁芯，由于大型发电机组定子铁芯结构复杂，修复困难，停机时间就较长，如果说定子绕组绝缘损坏和单相接地故障是难免的，但由此而殃及定子铁芯则是完全应该避免的，为此应设法减小定子绕组单相接地电流If，同时缩短故障的持续时间。定子绕组绝缘一点损坏（单相接地）时故障电流仅数安或数十安，故障处电弧时断时续，将产生间歇性弧光过电压，由此而引发多点绝缘损坏，轻微的单相接地故障扩展为灾难性的相间或匝间短路，这也是必须避免发生的。

2发电机定子绕组接地原因分析

2.1定子绕组发生接地故障的内部原因

（1）定子绕组的绝缘材料、铜导体和定子铁芯由于膨胀系数不同，在绕组加热和冷却过程中，不可避免地产生较大的机械应力。长时间作用使得绝缘失去弹性而产生裂纹，甚至在运行电压下绝缘击穿。另外，发电机绝缘在工作温度下、浸渍漆和粘合剂不应融化流出，否则将导致绝缘迅速老化。

（2）发电机绝缘在制造过程中和运行时受到各种机械力的作用，尤其在高速运转时受到的机械应力更大，受到的机械应力及危害分析如下：

①端部线圈在运行时和突然短路时，产生电动力使端部线圈固定松动，长时间作用磨坏绝缘。

②幅向交变电动力，是定子绕组的横向磁通使导体受到的力。另外，在额定电流下，汽轮发电机单根线棒上也会受到几百公斤力的作用，并以每秒100次的频率打击着绝缘，在短路时，该力达到数百吨。上述交变电动力作用结果，将使绝缘断裂或磨损，在运行中可能使绝缘击穿。

③发电机运行产生电晕放电时，又有臭氧和各种氧化氮产生，前者是强烈的氧化剂，侵蚀有机绝缘材料;后者和水形成硝酸或亚硝酸，腐蚀金属材料，使纤维材料变脆。所以，发电机绝缘应防止产生电晕放电并采用防电晕材料。

④发电机内定子绕组绝缘被异物磨损或老化等造成绝缘水平下降时，可能造成定子接地故障。

2.2定子绕组发生接地故障的外部原因：

运行中的发电机定子接地时，发变组保护装置会发出“定子接地”报警信号，发电机出线采用封闭母线后，由外界因素引起接地的几率大大减少了，但是其他一些因素也会造成发电机定子接地，例如：

（1）发电机漏水及冷却水导电率严重超标时会引起接地报警。

（2）与发电机定子绕组相连的一次部分设备上发生单相接地时引起接地故障。如发电机出线主封母支持绝缘子受潮绝缘下降、主变低压侧升高座内因橡胶密封升缩套破裂渗水导致升高座内积水瓷瓶绝缘下降。

（3）发电机电压互感器开口三角形绕组的高压侧熔断器熔断，开口三角电压线松动、接触不良，电压互感器开口三角侧一次插头或二次插头接触不良等，也会造成发电机定子接地报警，这种不是由于真正接地而引起保护报警的现象通常称为“假接地”。

（4）发电机风道及绕组上的污垢和尘土造成散热条件脏污，引起风道堵塞、绕组过热，导致发电机温升过高、过快，使绕组绝缘迅速恶化。

（5）发电机冷却器进水管堵塞，造成冷却水供应不足，绕组过热、绝缘受损。

（6）发电机长期过负荷运行。

（7）在发电机烘干驱潮时，温度过高。

3故障现场排查、分析判断及事故处理

当发电机定子绕组及其一次回路发生一相接地时，接地点将流过对地电容电流。该电容电流可能产生电弧，如果电弧是持续性的，同时又发生在发电机内部，就可能损坏发电机定子铁芯，铁芯的损坏程度与此时对地电容电流的大小有关。发电机运行中保护装置发出“定子接地”报警信号后，运行人员应立即测量发电机相关二次电压并通知检修人员立即到发变组保护屏、PT二次端子箱等地分别测量发电机二次电压，进行分析，以判断发电机定子是否真正发生接地故障。

4发电机定子线棒接地故障实例

某电站机组运行过程中，发出“定子接地故障”报警信号，申请调度同意后停机检查。通过检查机组保护装置和监控系统事件记录，初步判断为发现定子线棒C相存在高阻接地现象。

4.1故障点的查找

（1）泄漏电流法

直流耐压试验中当直流电压加在线棒上时，用金属叉具探测存在绝缘缺陷的线棒端部电压，根据电压或泄漏电流变化来判断；

（3）绝缘破坏法

采用突然加直流高压或加交流电压的办法将经小过渡电阻的接地击穿成直接接地，加压时在保证安全的情况下，须派人监视发电机放电点；

（4）二分法

在故障相绕相的1/2处将其并头套打开，先判断出故障点在哪一半，再继续用二分法查找故障点，如此下去最终总能将故障点找到。

4.2故障原因分析

为尽快修复线棒绝缘，现场试图对线棒绝缘损坏点进行进一步的查找和处理，但清理和削刮放电部位线棒表面后未发现放电故障点。由于放电位置靠近下层线棒方向，在不吊转子的情况下无法进行处理和修复。随后申请电站机组转检修并对缺陷线棒进行更换处理。在发电机转子吊出后即开展127槽上层线棒故障点查找和分析工作，拔出上层线棒后，仔细查看靠近放电槽口的下层线棒表面，外观找不到任何放电痕迹，之后用放大镜才找到非常小的故障点。查阅发电机出厂试验记录及新机投产时所做绝缘、直流电阻、定子绕组直流耐压和泄漏电流、交流耐压、温升等试验数据，所有试验数据均合格。再结合现场检查放电处虽处于槽口但绑扎垫块紧固，无电磁力作用线棒运动绝缘受损痕迹等情况，最终确认线棒击穿的根本原因是上层定子线棒在绝缘制造过程中有夹渣，存在制造缺陷，含夹渣的定子线棒在运行一段时间后绝缘劣化到一定程度导致接地。

4.3处理措施

为了避免故障重复发生，最终决定吊转子查明原因后彻底进行处理。在吊转子后查明根本故障原因是由于定子线棒存在夹渣的制造原因后，立即采取用原随机组供货同步提供的备品线棒更换处理。处理过程中采取完善电机下线、端部固定、绑扎的工艺及质量监控措施，严控发电机填充物未完全固化就进入下一道工序，防止铁磁物质及颗粒杂物卡在绑带及线棒间，施工现场严格使用清洁鞋、衣，操作人员穿联体工作服，进操作区域换穿清洁鞋，金属物品、使用工具放置箱内，重点控制定子线棒端部、出线盒等部位杂物，保证发电机线棒接头焊接质量等措施。

结束语：

综上所述，导致故障的原因很多，在出现这样的问题之后，我们应当从简单而且必要的地方入手，而后对系统进行排查。在系统运行前一定要进行仪器的测试，保证各个设备能够正常投入使用，发电机的重要测试是零起升压测试，不能忽视。发现问题后利用科学合理的措施进行及时解决，以防故障扩大引起不必要的损失。

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作者简介：王峰，身份证号：6127221969****357X。