一起发电机定子接地短路故障案例分析及处理

一起发电机定子接地短路故障案例分析及处理

作者：曹美龙

来源：《企业科技与发展》2018年第06期

【摘 要】文章通过一起发电机定子接地短路故障分析及处理案例，详细介绍故障查找过程，分析了造成故障的原因，并系统描述故障处理方法及工艺、防范措施，特别是改进了高压试验方法，为同型发电机避免类似事故提供借鉴。 【关键词】发电机定子；接地；故障处理；高压试验

【中图分类号】TM31 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）06-0100-02 0 引言

某电厂4台发电机型号为WX21Z-073LLT，采用阿尔斯通技术生产的WX21Z系列空气冷却式发电机，视在功率为158 MVA，额定有功容量为135 MW，定子电压为13.8 kV，定子电流为6 645 A，频率为50 Hz，功率因素为0.85，转子电压为233 V，转子电流为1 408 A，转速为3 000 r/min，绝缘等级为F级，冷却方式为空冷。于2006年8月投产运行，至本起事故前运行正常。 1 故障经过

1.1 事故前发电机运行工况

事故前，该厂4号发电机带111.61 MW有功负荷（无功功率为22.96 MVAR）正常运行，机组6 kV厂用母线电压及机组所接入220 kV系统母线电压无异常。主要运行参数见表1。 1.2 事故经过

2007年12月16日00时51分，在无任何事故先兆情况下，4号发变组及发电机差动保护同时动作，主变220 kV侧开关、高厂变6 kV侧开关及发电机灭磁开关跳闸，联动关闭汽机主汽门及调门，机组甩负荷至零，厂用电快切装置动作6 kV厂用电切换至01号启备变运行。 事后，检查发电机励磁小室和出线小室有焦煳味，发电机励端轴封及端盖上部空气滤过器有少量污垢喷出，初步判定发电机本体内部发生故障。 2 检查及修前试验

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2.1 发电机检查情况

发电机停机后，拆开两端端盖及铝环，查发电机定子端部及中性点三相引出线在发电机机壳穿墙位置6个软连接及固定镙柱表面有弧光烧损痕迹，固定导体的绝缘隔板、绝缘夹件表面沉积大量短路烧蚀残留物。发电机机壳6根引出线三相弧光短路图如1所示。

发电机抽出转子后，进入膛内检查。发现定子励端有2根线棒绝缘破损，上、下层线棒各1根。破损线棒为定子A相绕组尾部线棒，面对发电机端部6点钟位置，第3、4道绑线之间，破损长度约200 mm。同时，发电机励端轴封吸入少量5号瓦漏油渍混合物，吸附在定子线棒和铁芯表面，但未发现外来金属物件和其他异物。 2.2 发电机修前试验

对固定定子出线用的绝缘隔板、绝缘夹件的表面简单清理后，对定子进行绝缘测试，以排除是否有其他故障点。绝缘测试时，采用将上、下层表面包锡纸加压试验的办法，测得绝缘电阻大于4 G。证明故障点的绝缘隔板、绝缘夹件的绝缘性能良好。

拆除发电机定子端部引线，对发电机本体开展绝缘电阻及直流耐压试验。发电机定子绝缘正常，泄漏电流出现明显偏差。试验未发现其他故障点。绝缘电阻试验数据见表2，直流耐压试验数据见表3。 2.3 录波器波型分析

查录波器，波形显示发电机出线C相（+70.2 V时）首先接地短路，约1 ms后AC两相短路，此时B相电压瞬时值过零点未发生短路。约3 ms后，当B相、C相二次对地电压分别达到-65 V和+60 V时，绝缘再次击穿，导致发电机定子三相弧光短路。发电机故障时电流电压波形图如图2所示，C相接地时各相对地电压瞬时值见表4。

表4中，u指接地瞬间，定子一次电压瞬时值；ue指发电机额定相电压（峰值）。 当定子C相对地瞬时电压达到其额定相电压（峰值）86%左右即9.69 kV时发生放电接地。发电机定子C相出线绝缘严重破坏，无法承受正常运行电压。 3 原因分析

故障点绝缘击穿，必须满足固定定子出线的绝缘夹件、绝缘隔板绝缘相继破坏2个条件。绝缘夹件和绝缘板由环氧树脂组合而成，夹件缝隙垫有聚砜毡适形材料。根据事后对绝缘夹件和绝缘板试验绝缘正常，因此初步推断绝缘夹件缝隙聚砜毡材料绝缘异常。

经查，基建发电机定子端部引线安装过程中，为确保聚砜毡材料不变形，安装人员先将聚砜毡涂抹环氧树脂胶再进行安装。环氧树脂胶采用自然通风晾干方式。受基建安装影响，环氧

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树脂胶在晾干过程中，铁磁性物件（主要是细焊渣）飘落在环氧树脂表面。金属性杂质随环氧树脂胶晾干固化在聚砜毡表面。常规吹扫手段无法有效清理。

发电机制造厂试验项目中未要求测试绝缘夹件的绝缘性能，运维人员对绝缘夹件结构认识不充分，在开展发电机定子手包绝缘试验项目中未安排绝缘夹件缝隙测试内容，造成聚砜毡表面长期存在绝缘隐患。

又由于该发电机5号瓦长期渗油，漏油渍混合物经轴封吸入发电机膛内，飘落并黏附在绝缘隔板表面，累积一定时间后与存在隐患的绝缘夹件缝隙聚砜毡材料共同作用，导致定子出线C相的爬电通道，造成滑闪放电，引发三相弧光短路。 4 处理方案 4.1 发电机修复

经现场检查及综合分析，确定发电机定子修复方案：上层故障线棒拆除更换、下层线棒补焊修复。由于1根故障线棒在下层，需拆除3根上层叠压线棒（含上层破损线棒）。同时更换发电机定子出线6根软连接、固定导体绝缘夹件及绝缘隔板。

下层故障破损线棒修补：拨开4根线棒端部并头套和外包绝缘、焊开线棒端部连线，取出上层3根线棒槽楔，拆卸出线棒。彻底清理下层故障破损线棒，现场补焊并修复破损部位绝缘，重新包扎喷导电漆及覆盖漆，进行烘烤。对修补的线棒进行交、直流耐压试验。 更换上层3根定子线棒，处理工序主要包括以下几个方面：对新的3根线棒在下线前进行交、直流耐压试验；新线棒下线；回装新槽楔；下线后的交流耐压试验；新线棒端部银焊连接；测量绕组直流电阻；新线棒端部绝缘包扎；新线棒绑绳树脂浸漆并烘干固化；喷导电漆及覆盖漆；整体烘烤；发电机定子直流耐压、交流耐压、起晕试验及外移电位测试等高压试验。 4.2 完善发电机绝缘监督项目及高压试验方法，取得良好效果

本次事故后，该电厂完善了发电机绝缘监督试验项目，将发电机手包绝缘试验列为发电机定期监督的高压试验项目。同时，对发电机高压试验方法进行总结和完善，手包绝缘试验项目，除原有对定子端部线棒、并头套及引线接头等试验内容外，新增加绝缘平板测试项目，确保绝缘监督无死角。

该厂按照完善发电机绝缘监督项目及高压试验方法，对其他3台发电机进行专项排查。通过检查发现，3号发电机B相绝缘夹件缝隙处外移电位超过8 000 V，定子B相对地绝缘仅依靠绝缘隔板勉强维持。现场清除聚砜毡表面环氧树脂胶固化物，复测外移电位约490 V，排除了一项重大安全隐患。

4.3 加强设备检查及维护，提高发电机运行安全性和可靠性

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该厂通过本次事故总结，在发电机运行期间，要定期检查并及时消除轴瓦漏油缺陷，防止造成对发电机定子绝缘的破坏。在检修期间，定期检查发电机定子线棒、引线，及时吹扫并清洗定子绕组。将起晕试验、手包绝缘试验列入重点绝缘监督试验项目。 5 结语

该厂4号发电机在完成定子接地短路故障的处理后，一直稳定运行。2013年3月，发电机大修解体检查，定子线棒运行情况良好，说明故障处理方式及工艺完全满足设备安全运行要求。同时，该电厂完善后的发电机绝缘监督项目及高压试验方法也为同型发电机避免类似事故提供借鉴。 参 考 文 献

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