770MW 水輪發電機定子一點接地快速定位新方法應用

冉 帥，侯小虎，楊樹鋒，何雪芳

（溪洛渡水力發電廠，云南 昭通657300）

0 引言

某水電站安裝有3臺型號為1DH8661-3WE24-Z的立軸半傘式水輪發電機。相關參數：額定容量：770MW，額定電壓：20kV，額定電流：24699A。

定子繞線方式：波繞，定子繞組接線：8Y，分支線棒數：48。

機組配置有基波零序電壓和三次諧波電壓定子接地保護、低頻注入式定子接地保護，中性點經二次側帶負載電阻的接地變壓器接地，設備配置接線圖見圖1。

1 事件描述

2018年2月3日20：01，該電站9F 發電機保護A、B 套定子接地保護動作跳閘停機，發電機出口斷路器分閘，發電機滅磁停機，監控先后收到“9F A套發電機定子接地保護跳閘”和“9F A 套發電機定子接地保護跳閘”事件信息。

2 接地相別及主設備區間定位

根據9F 發電機故障錄波波形及裝置報文，故障前A、B、C 三相電壓平衡，均為11.4kV 左右，無零序電壓。故障時，發電機中性點入地電流為24A，B 相電壓躍升到18.0kV、C 相電壓躍升到18.8kV，A 相電壓降低為1.8kV。故障時刻三相電壓如圖2所示。

圖2 故障時刻機端三相電壓相量圖

根據機端三相繪制三相電壓相量圖。由相量圖（圖2）可知，故障時三相電壓均有較大變化，但線電壓UAB、UBC、UAC均無較大變化，且A 相電壓為1.8kV，B 套保護裝置采集機端零序電壓為85.34V，可初步判斷為發電機定子A 相在靠近機端處（距中性點距離為85%）發生單相接地故障。

斷開發電機出口斷路器（GCB），將機端各YH 拉至檢修位置，拉開發電機中性點接地刀閘（斷開接地變），測試電氣一次設備絕緣（包含定子繞組、IPB 封閉母線、勵磁變等部分），絕緣搖表1000V 檔測得接地電阻阻值為0Ω，數字萬用表測得對地電阻為18Ω，可初步判斷為金屬性接地。

3 接地分支及線棒定位

3.1 故障分支定位

在確定發電機定子繞組A 相金屬性單相接地基礎上，解開發電機A 相定子繞組8個分支在中性點處的連接線。在A 相出口與地之間施加交流電壓，通過故障接地點形成交流回路?？紤]到單相接地故障電流對定子鐵心存在的損壞風險[4]及故障電流檢測靈敏度，選擇3A 交流小電流，測試接線及原理見圖3。

圖3 外加小電流查找故障分支

經柔性線圈電流傳感器在出口側對8個分支逐一測量，僅在第7分支測得3A 交流電流，故確定接地故障存在于第7分支。

3.2 故障線棒定位

在確定接地點位于第7分支后，保持試驗接線和回路電流不變，根據發電機故障錄波信息提供的大致接地位置，采用柔性線圈電流傳感器對第178槽至第261槽線棒進行針對性電流測試。經檢測，第7分支的第238號槽上層線棒直線段上端有電流而直線段下端無電流，故判斷接地點在第238號槽上層線棒，示意見圖4。

圖4 電流互感器針對性故障排查

4 接地故障描述

在前期故障定位基礎上，拆卸第238槽線棒下端固定擋風板，檢查定子鐵心及線棒端部。確認第238槽下端左側鐵心第4臺階（自下往上）存在3片斷齒，斷齒突出并切割上層線棒，造成定子繞組一點接地，見圖5示意。

圖5 定子鐵心端部斷片割損線棒主絕緣示意圖

5 結束語

經過本案例的實際應用，故障錄波分析加小電流測試的方法，具有以下優點：

（1）故障定位快速精準。故障錄波可初步判定故障區間、相別、大致接地位置，小電流測試方法靈敏且試驗接線靈活。本次故障的排查定位，耗時約8h，有效減少發電機非停時間，且為后續處理工作的及時開展贏得時間，縮短機組檢修工期，提高機組的全年等效可用系數，經濟效益和社會效益良好。

（2）操作簡單，工作量小。本方法僅需拆解發電機中性點分支連接線和故障位置擋風板，完成常規交流耐壓試驗接線，勞動量小，人力資源耗用少。針對采用固定擋風板冷卻結構和定子繞組為波繞組且分支線棒數量較多的大型發電機，本方法優勢明顯。

（3）對完好部件的破壞小。本方法以定子繞組外加電流為關鍵控制要素，調節試驗電壓，可有效防止接地點故障擴大，避免鐵心燒毀。

（4）試驗設備簡單易得。本方法所需試驗變操作臺、滑動變阻器、鉗形電流表為發電企業常備設備，便于取得，有利于故障的應急排查和處理。