立轴半伞式发电机定子接地故障分析和解决方案的讨论

摘 要 针对某公司#3发电机定子在C修前的热态直流耐压试验中，发生C相绕组对地绝缘击穿故障，提出查找故障点的方法和解决方案，以期对同类水轮发电机组的故障检修有所帮助。

关键词 发电机；定子；接地；故障查找；原因分析；解决方案；讨论

中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0075-03

The discussion of the ground fault analysis and solution of the vertical shaft

semi-umbrella generator

Yang Qingchang

China electric power development co.，LTD.，fujian nanping 353000

Abstract：In view of a company # 3 generator stator in C before hot dc withstand voltage test， C phase windings of insulation breakdown failure， find fault point method and solution is put forward， in order to help troubleshooting of similar hydroelectric generating set.

Keywords：generator stator；ground；fault finding；cause analysis；solution；discussion

某公司安装有4台水力发电机组，单机容量75MW，总装机容量为300MW，设计多年平均发电量为9.6亿千瓦时。机组型号为SF75-80/13000，发电机结构形式为立轴半伞式三相同步发电机，具有静态可控硅励磁系统和全封闭双路径向内循环空气冷却系统。其额定电压为13.8kV，额定电流为3692A。定子@组为Y形接线，中性点经消弧线圈接地运行，定子绕组和转子绕组均采用“B”级绝缘。四台机组分别于1987年、1988年、1989年、1990年相继投产和并网发电。

发电机因当时的材料品质、制造质量、安装工艺限制，自2000年起，4台发电机定子在运行中多次发生接地故障和铁芯松动、过热，定子线棒整体下沉、端部松动、磨损露铜等缺陷。

#1发电机定子已于2014年完成改造，#2发电机定子已于2016年实施改造。包括更换定子机座（包括基础板及螺栓）、铁芯、定子线圈、定子通风槽片、定子齿压板、拉紧螺杆、端箍装配、绝缘盒、槽楔、弹性波纹板、槽内垫条、铜环装配、定子鸽尾筋、主引出线及中性点引出线装配等，定子绝缘等级由B级升至F级。改造后消除了长期困扰的机组铁心松动、过热缺陷，保证发电机安全高效运行，经济效益显著。

其他机组的定子目前尚未进行改造。

3发电机定子于2016年8月23日4：00左右的C修前的直流耐压热态试验中，A、B相施加2Un耐压正常，而C相施加11 000V（0.797Un）时发生对地绝缘击穿的接地故障。

本文对发电机定子接地故障的原因进行浅析，并提出简单有效的解决方案，期望对同类机组的故障抢修工作能起一定的指导作用。

1 查找接地故障点

故障发生的单位已有多次简单而快捷的定子绕组接地故障点查找的成功案例。成功的方法为对发电机定子槽号进行标注，可每隔10槽标注一次；列出故障相的定子绕组的线棒连接表；采用直流焊机对某一故障相通流200A左右，在该故障相的引出线处测量对地电压值，根据测量值初步判断该相故障点的位置。继续通流，在该位置附近的同一故障相绕组的上端部分别采用钻头在并头套的绝缘盒上钻孔，深度以露出并头套可以测量对地电压为准，分别测量对地电位，对地电位为“零电位”的地方即为接地故障点。采用同样的方法，便可再找出该故障相的其他接地点（若有的话）。

对其他故障相的接地点查找，也采用同样的方法。一般运行中发电机定子接地故障，均是一个接地点，但也不排除多个接地点的可能性。

水轮发电机定子绕组一般是每槽安装两根线棒，线棒接地故障有可能发生在上层线棒，也有可能发生在下层线棒。上层线棒接地后，只需更换故障的一根线棒（单根线棒接地时）或多根线棒（有多根线棒接地时），更换较简单，工作量相对较小；而若是下层线棒接地，则每更换一根故障的下层线棒，往往需要拆卸14～16根上层线棒，工作量相当大，且拆卸过程中往往将再损坏上层线棒，所以现场处理时需要配备有足够的线棒备品。一般抢修情况下，不建议拆卸下层故障线棒，对故障下层线棒不进行处理，而采取将故障线棒短接隔离的办法，将故障点隔离开，机组暂先投运，之后再利用检修机会进行更换下层线棒的工作。因水轮发电机组的定子绕组的线棒数较多，短接1～2根线棒，对发电机定子有一定的影响，但影响不大，发电机可正常运行。这样，既可避免机组因抢修时间长造成“非停”受电网考核，又可让机组正常运行至计划检修的时间再检修，避免受调度部门考核。

以本次#3发电机定子接地故障处理为例，说明具体的查找方法。为方便查找#3发电机定子接地故障点和处理故障，决定吊开#3机上机架。

1）查阅图纸，列出#3发电机C相定子绕组的线棒连接表。2）进行#3发电机定子槽号的标记工作。3）利用直流焊机通流（通流200A左右）法查找C相接地故障点。在故障C相的中性点C上、C下通入约200A直流电流，在C上、C下、C相出口处分别测量对地电压值。

测量结果如下：

C上/E：-0.1558V；C下/E：+6.08V；C/E：+2.48V

判断接地点位于C上与C之间的支路上。在C上与C之间的支路上采用钻头在并头套的绝缘盒上钻孔，深度以露出并头套可以测量对地电压为准。

故障相C相绕组线棒的连接为：463上―379下―378上―386下―392上―400下―414下―428下―420下―406下―392下―378下……

测量对地电压结果如下：

463上/E：0.362V；379下/E ：0.125V；378上/E：0.039V；386下/E ：0V；392上/E：0V；400下/E ：-0.029V；414下/E：-0.072V；428下/E ：-0.1V；

420下/E：-0.19V；406下/E ：-0.232V；392下/E：-0.27V；378下/E：-0.307V；

判断接地点在386下―392上线棒上。1）经熔开#386下层线棒与#392上层线棒所在的上端部并头套，分别测量#386下层线棒对地绝缘和测量#392上层线棒对地绝缘，确认接地点在#392上层线棒侧，再熔开#392上层线棒与#400下层线棒所在的下端部并头套，测量绝缘后，判定接地点位于#392上层线棒上。2）拔出#392上层线棒后，发现该线棒靠端部槽口处的表面绝缘层已磨损，并已露铜，详见图2、图3。

2 原因分析

#392上酉甙舻牟劭诘婵樗啥，运行中受电动力作用，松动的槽口垫块磨损#392上层线棒，日积月累，将#392上层线棒的表面绝缘层磨损并露铜；机组风闸因密封问题，运行中会产生油雾，#3机风闸产生的油雾会更严重些，油雾会粘附在线棒端部表面上。

在本次C修前时，定子C相绕组仅承受正常的交流电压，对地绝缘未击穿，所以故障未出现。而在C修前的热态直流耐压试验中，A、B相施加2Un正常通过耐压，而C相施加11 000V直流电压时发生对地绝缘击穿的接地故障；因直流耐压试验主要考验绕组的端部绝缘，A、B相绝缘良好，所以2Un直流耐压顺利通过；而C相绝缘存在薄弱点，所以在施加11 000V直流电压时发生对地绝缘击穿的接地故障。

3 解决方案

因#3发电机定子接地故障点在#392上层线棒上，无需吊开#3发电机转子，只需拆除故障线棒正对的一只磁极后，再拆除故障线棒，更换为新线棒后，恢复磁极连接，进行相关试验正常后，#3发电机便可并网发电，处理相对简单。

解决方案有以下几方面。1）#3发电机上机架吊离。2）将故障线棒正对的磁极拔出。3）拔故障线棒。4）备品线棒烘干及烘干后的相关试验。5）嵌入新线棒，并打紧槽楔。6）新嵌入的线棒进行绝缘电阻、交流耐压试验。7）恢复并头套，并灌锡。8）恢复绝缘盒，并灌环氧填充物，同时对故障点查找时钻出的孔洞用环氧填充物进行封闭。9）对机组所有槽口垫块进行检查，对松动部位进行重新固定并刷胶。10）拔出磁极的复位。11）#3发电机定子电气绝缘电阻、直流耐压和泄漏电流、交流耐压等试验。12）测量转子的绝缘电阻、交流阻抗，并做交流耐压试验。13）试验正常后，回吊#3机上机架。14）机组零起升压试验检查，测量机组出口空载电压。15）并网带负荷检查机组温升、电压、电流情况。

4 关键点和处理要求

1）备品线棒烘干。烘干温度控制在100℃（线棒为B级绝缘），烘干时间为10h。

2）备品线棒烘干后进行相关试验。

3）为方便拆除和更换故障线棒，需拆除正对该故障线棒的一只转子磁极。拆除磁极，需按以下方法进行：（1）做好记号。在邻近故障线棒处的一只磁极上用记号笔做上记号，左、中、右各取一个基准点进行测量，做好明显的标记，并记录所测数据，同时测量磁极的安装高度，以磁轭压板为基准点，做记号并记录数据。剥去磁极间连接线表面的绝缘，并拆除固定于磁轭上的螺栓止动垫片等，拆除阻尼绕组的连接片，使磁极处于独立。用千斤顶支撑住已做好防护措施的磁极。（2）拔磁极键。用角向磨光机去除磁极键固定焊疤，做好防护措施，防止碎渣飞溅到铁心和线圈处，影响机组运行。用钢极吊钩抓住上端磁极键，用桥机与吊钩向上拔出磁极键。（3）用巨力尼龙吊绳套住磁极，将磁极从磁轭中拔起，当磁极露出磁轭20cm～30cm时，把吊绳相对磁极绑牢，以防在起吊过程中磁极翻倒、脱落，拔出时应注意保存磁极与磁轭间的弹簧。

4）拆除故障线棒。（1）不能使用敲打的方法拆卸上层线棒，防止因粘连拉伤下层线棒的绝缘，可采用千斤顶顶住铁心外圆缓慢顶出或采用在桥机上挂手拉葫芦手控操作。细心清理槽内碎渣，不得损伤铁心和下层线棒绝缘，层间绝缘如有损坏需更新下层线棒。（2）击穿线棒所在#392槽的铁心可能由于过热而受损，须认真检查，如有受损，需用砂纸或锉刀将创面打磨，清理光滑，用吸铁石吸除残渣，用酒精或丙铜擦洗干净，然后再涂环氧灰漆。

5）按工艺要求进行更换新线棒工作。

6）新嵌入的线棒打好槽楔后，进行绝缘电阻、交流耐压试验。在相邻线棒端部用足够数量的薄环氧板隔开，该下线后的单根线棒在槽楔中对机壳加压，此时不参与试验的绕组、测温元件及铁芯等均应与机壳可靠接地，被试线棒端部应用丙酮清洗并与邻近线棒之间以绝缘材料隔离后，方可进行。

7）端部连接。（1）修正线棒的上、下引出头，使对接的引出头对齐对准。按正常状态恢复连接，采用普通并头套焊锡连接。连接后，需检查端头的焊接质量，100A大电流直阻测量小于5μΩ。（2）清理接头，焊接表面焊锡应平整光滑、无毛刺。

8）对接地故障排查时在绝缘盒上钻出的孔进行环氧填充物封闭，以防止发电机运行中定子绝缘性能下降。

9）整体试验。（1）进行定子绝缘电阻、直流耐压和泄漏电流、交流耐压各试验。本次故障线棒为#392槽上层线棒，是C相绕组，#392槽下层线棒也是C相绕组。按规程规定，局部更换绕组后，三相直流耐压均需按2.5Un进行，考虑到本次是C修，C相按2.5Un进行直流耐压试验 ，而A、B相按2.0Un进行直流耐压试验；交流耐压试验：C相按规程规定进行1.5Un交流耐压试验，A、B相按1.3Un进行交流耐压试验。（2）转子磁极整体耐压试验：绝缘电阻，直流电阻，交流阻抗及交流耐压试验（耐5Un一分钟）。

5 结论

本次#3发电机定子故障处理后，虽投运正常，但仅是针对发电机定子存在的缺陷所能进行的简单处理，无法彻底解决#3发电机定子的绝缘问题。

为彻底解决#3发电机的事故隐患，已申报#3发电机定子改造技改项目，分为2017年、2018年实施。