发电机定子接地故障处理分析

发电机定子接地故障处理分析

马占空

天津蓝巢电力检修有限公司 300180

摘要：由于发电机组中性点不采用直接接地方式，当发电机发生接地故障时，故障点将流过对地电容电流。一般发电机的中性点是不采用直接接地的方式的，因此当发电机在运行出现问题时，出现问题的故障点会流过对地电容电流，而该电容电流所形成的电弧将会损害发电机其他部位的绝缘体从而引起铁芯的灼伤，铁芯遭到灼伤后则会形成相当具有危险性的相间或者匝间的短路问题，情况严重时还会烧毁发电机。

关键词：发电机；定子接地；故障

大型汽轮发电机在电力系统中地位较重要，发电机主要由定子和转子组成，定子结构复杂，不易检修，对其保护尤为重要。据统计，发电机最常见的故障中 70% ～ 80% 的故障为定子单相接地故障。一旦定子发生单相接地故障，若保护不及时可靠动作，接地弧光过电压可能导致发电机其他位置绝缘破损，严重时还会演变成相间或匝间短路故障。因此，定子接地保护意义重大。发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路，通常是定子绕组绝缘破坏引起的，而发电机定子接地保护是反映上述单相接地故障的主保护。由于大多数发电机采用中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，所以它具有一般不接地系统单相接地短路的特点，接地电流是容性的，数值为发电机所在电压等级网络各元件对地电容电流之和。

一、故障原因分析

根据以上分析发现，定子端部铁心发生松动，硅钢片在定转子之间磁拉力作用下进入定子线槽切割定子线棒是引起定子接地故障的直接原因。而引起定子端部铁心松动的原因有以下方面。

1、设计的原因。一是定子端部阶梯片过长，压紧效果不好，容易造成铁心松动，定子端部阶梯片由于压指约只有一半长度位于机座上，另一半为悬臂梁结构。在拧紧压紧螺栓使铁心压紧时，必然是轭部受力较大，齿部受力较小。对于硅钢片的任一齿而言，在齿端散张力的作用下越靠近齿根压力越大，越靠近齿端压力越小。因此定子端部铁心在结构上看不易压紧、易松动。

2、制造的原因。铁心端部阶梯冲片胶粘不合格，是本机组铁心松动的主要原因。铁心端部阶梯片在粘接过程中有以下不足: 一是所使用的粘接剂不足，且操作者培训不到位，缺乏粘胶的经验; 二是没有严格按照规定程序操作，固化过程中压紧不足; 三是没有按照程序检查，检验不严格，仅通过目视检查，未能及时发现问题; 四是没有充分考虑粘接环境对粘度和固化时间的影响。

3、安装的原因。安装过程中存在以下不足: 一是鸽尾筋直线度、半径、扭斜及弦距的偏差存在不满足图纸要求的情况，不利于铁心压紧; 二是在叠装阶梯片的时候，有的阶梯片被弯折，使得粘接层可能有松动; 三是铁心叠片压紧时预紧力可能不足，导致铁心没有压实。此外，整个机座高度不可能完全一致，再加上每一个压指的高度也不可能完全一致，造成相邻压指之间高差、压指整圆高差、压指内外侧高差等存在不满足图纸要求的情况，最终导致较高的压指受力较大，较低的压指受力较小。这样容易造成压指上的硅钢片受力不均，不易完全压紧，造成铁心松动。

4、运行的原因。机组运行时在气隙中存在旋转磁场，该磁场对定子铁心产生强大的径向旋转交变磁拉力。在机组长期大容量运行时，铁心端部温度长期偏高，片间绝缘层会干缩，再加上阶梯片粘胶不足，会使铁心压紧度不够、齿部振动幅度加大，铁心齿根部机械疲劳，造成定子铁心松动，再加上硅钢片处在径向磁拉力的作用下，因此硅钢片将沿径向产生移动，进入定子线槽，慢慢向外伸长，划伤线棒绝缘，使线棒的绝缘性能越来越差，造成定子接地故障。

二、发电机定子接地故障处理

1、定子接地的故障及判断。发电机发出“定子接地”报警后，应判明接地相别和真、假接地。当定子一相为金属性接地时，通过切换定子电压表可测得接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，各线电压不变且平衡。定子绝缘电阻测量测得“定子接地”电压表指示为零序电压值。由于“定子接地”电压表接在发电机电压互感器开口三角绕组的两端，因此，正常运行时“定子接地”电压表的指示为零，当定子绕组出现一相接地时，因开口三角形连接的二次绕组连接的三相绕组相电压为 100/3V，故“定子接地”电压表的指示应为 100/3=100V。如果一点接地发生在定子绕组的内部或发电机出口，且为电阻性，或接地发生在发变组主变压器低压绕组内，切换测量定子电压表，测得接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压“，定子接地”指示小于 100V。当发电机电压互感器高压侧一相或两相熔断器熔断时，其二次侧开口三角绕组端电压也要升高。如 U 相熔断器熔断，发电机各相对地电压未发生变化，仍为相电压，但电压互感器的二次侧电压测量值因 U 相熔断发生了变化，即 UVW 降低，而 UVW 仍为线电压，各相对地电压Uu0Uw0 接近相电压，Uu0 明显降低，“定子接地”电压表指示为100/3V，发“定子接地”信号。

2、发电机定子接地的处理。对发电机发电机定子接地的故障，首先应当确保按照发电机本身的规格进行区别处理。以下分为两种情况，第一种情况是如果是小于 150MW 的发电机且接地的电容电流没有达到 5A 时，如果没有及时的对发电机的故障进行解决措施时可以在 2 个小时内在电网一点接地时进行短暂的运行工作；而如果是容量大于 150MW的发电机且电容电流大于 5A 时，如果发电机同样发生了发电机定子接地的故障，为了保障发电机内部的安全，则必须要多发电机做出以下措施，一是对发电机进行并列，而是对发电机进行灭磁，这两种方法都可以在一定程度上避免发电机在出现故障时对铁芯造成较大的损伤或者是因此而引起的更大范围的破坏。有效的铁芯也会随之受到影响，让原本仅仅是单相短路的情况变成了相间的短路。当接收到定子接地的警告时，应当对真假接地进行辨别，对真假接地的状况应当做出不同的应对措施，针对真接地的状况应当对发电机进行较为彻底的检查，以确保发电机可以及时的被查出确定的原因以及时的解决问题。如果出现了接地点出现在发电机的外部，应及时的采取才出的措施。采取的措施可以是将常用电倒地相对地电压降低，非接地相对地的电压升高，保持线电压不变。如果是假接地时，则是相对地电压不会出现升高的情况，线电压也不会出现平衡的状况。

近年，在电力系统中不断有新技术进行应用，这些新技术的应用为让物质基础光学电流和电压互感器得到了更好的应用，而且一些高科技的器件对发电机的保护性能的提高有着很大的意义和影响。在对定子接地的故障，还有相当一部分的学者将很多理论性的知识和应用添加到对继电的保护当中，不仅在一定程度上丰富了原有的继电保护理论，还使得继电保护理论的应用和发展。而对于发电机的三次谐波电势而言，对灵密度会有一定的影响，从而导致三次谐波保护在运行当中存在着较大的不稳定性因素。而传统的基波零序和外加的信号电源两种保护对定子接地保护的方案各方面都是趋于成熟的，但是其灵敏度的提高程度却已经基本达到了上限，因此对新型的基于暂态量保护的研究是目前应当充分得到重视的。

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