孫建舒

（中廣核洪雅高鳳山水力發(fā)電有限公司，四川 眉山620360）

0 引言

為了安全，發(fā)電機(jī)外殼都是接地的，因此，發(fā)電機(jī)的定子某相繞組絕緣損壞時發(fā)生的對外殼短路就是單相接地。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地，在發(fā)電機(jī)的各種故障中所占比例很大，發(fā)生的概率也較大，如不及時處理或處理不當(dāng)將引發(fā)更大的設(shè)備損壞事故，造成很大的財產(chǎn)損失，因此發(fā)電機(jī)應(yīng)配置相應(yīng)的保護(hù)裝置及時準(zhǔn)確地判斷定子一點接地故障并發(fā)出相應(yīng)的報警信號，當(dāng)保護(hù)動作時，現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)及時掌握發(fā)電機(jī)一次設(shè)備及保護(hù)動作信息，并立即進(jìn)行分析、判斷和處理，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。下面針對我公司一起機(jī)端母線測量用電壓互感器（PT）一次熔斷器熔斷引起發(fā)電機(jī)定子一點接地保護(hù)動作情況和處理進(jìn)行分析、總結(jié)。

1 電站基本情況

高鳳山電站裝機(jī)25MW×3，機(jī)端電壓等級為10.5kV，發(fā)電機(jī)中性點采用不直接接地方式。1號機(jī)采用單元接線方式，2號、3號機(jī)采用擴(kuò)大單元接線方式。其定子一點接地采用反應(yīng)基波零序電壓的接地保護(hù)裝置，保護(hù)接入3U0電壓，取自發(fā)電機(jī)機(jī)端母線測量用電壓互感器PT開口三角形繞組兩端。這種機(jī)端零序電壓U0＞5V的定子接地保護(hù)簡單可靠，但有死區(qū)，只能實現(xiàn)定子85%～95%的保護(hù)帶，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點附近發(fā)生故障時保護(hù)不能動作。這種保護(hù)主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)變壓器組接線方式，它的一個突出優(yōu)點是即使在單相接地電流很小的情況下也可采用，但是由于在發(fā)電機(jī)中性點處存在位移電壓，該保護(hù)不可避免的在中性點附近存在死區(qū)，且當(dāng)經(jīng)過過渡電阻接地時靈敏度不高[2]。

高鳳山電站發(fā)電機(jī)定子繞組為中性點不接地系統(tǒng)，正常運(yùn)行時，中性點電位為零電位，當(dāng)有一相繞組接地時，接地點的電位變?yōu)榱?，從而使中性點電位升高（最高升至相電壓），其他非接地兩相繞組對地電壓也升高（最高升至倍相電壓）[3]。

2 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的危害

發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障時，非接地相對地電壓的升高，將危及對地絕緣，當(dāng)絕緣較弱時，可能造成非接地相相繼發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路，損害發(fā)電機(jī)；另外，流過接地點的電流具有電弧性質(zhì)，可能燒傷定子鐵心。如果定子鐵心燒傷，修復(fù)很困難[4]。定子繞組單相接地故障是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障，而且往往是更為嚴(yán)重的繞組內(nèi)部故障發(fā)生先兆。

3 定子一點接地故障過程及現(xiàn)象

3.1 故障發(fā)生前機(jī)組情況

1號機(jī)組年度大修工作結(jié)束，檢修工期45d。按規(guī)程規(guī)定對1號機(jī)組進(jìn)行檢修后啟動前的檢查：各油、水、氣系統(tǒng)檢查正常；放空閥關(guān)閉嚴(yán)密；各保護(hù)系統(tǒng)及現(xiàn)地LCU系統(tǒng)正常；勵磁系統(tǒng)正常；調(diào)速器系統(tǒng)正常；油壓裝置及制動系統(tǒng)正常；閘門系統(tǒng)正常；利用2500V絕緣搖表測量定子三相繞組對地絕緣分別為：A相對地22MΩ、B相對地230MΩ、C相對地230MΩ；各相相間絕緣（A對B相、B對C相、A對C相）均大于800MΩ；定子吸收比（60s時的絕緣電阻值與15s時的絕緣電阻值之比）為1.6。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和高鳳山電站運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：①絕緣電阻值低到歷年正常值1/3以下時應(yīng)查明原因；②各相絕緣電阻的差值不應(yīng)大于最小值的100%；③定子回路絕緣值不得低于10MΩ；④定子吸收比大于1.3。A相繞組絕緣電阻低于檢修前測量值1/3以下，且與其他兩相繞組絕緣電阻值相差很大，應(yīng)查明原因并處理。

3.2 絕緣降低原因分析及處理

引起發(fā)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子絕緣降低有很多因素，一般有3種可能性：①繞組絕緣材料和加工工藝問題；②絕緣老化或意外機(jī)械損傷；③受潮引起[5]。

初步分析認(rèn)為：參考檢修前所測量的A相繞組絕緣值合格，檢修過程中未對定子繞組進(jìn)行拆解檢修，所以排除第1種可能性。對機(jī)組部件的吊裝過程中未對定子造成擦碰，定子外觀檢查未見明顯擦傷，所以排除第2種可能性?？紤]1號機(jī)屬A級檢修，檢修工期較長，檢修期間陰天天氣較多，空氣比較潮濕，定子冷態(tài)下長時間暴露在空氣中容易受潮造成A相繞組對地絕緣降低。

處理辦法：針對定子受潮引起絕緣降低的處理辦法一般有：①短路干燥法；②熱風(fēng)干燥；（3）定子鐵損及銅損干燥法[6]。由于來水量豐富，并根據(jù)我廠實際情況，采用了熱風(fēng)干燥法，具體措施為：①用低壓空氣對定子繞組縫隙進(jìn)行吹掃，清除積塵；②開機(jī)空轉(zhuǎn)，不給勵磁電流，通過機(jī)組轉(zhuǎn)動加快空氣流動，把潮濕空氣置換出來。同時關(guān)閉各軸承冷卻水，通過摩擦產(chǎn)生的熱量加快繞組絕緣恢復(fù)。通過以上措施空轉(zhuǎn)運(yùn)行24h后，重新測量定子繞組絕緣，所測數(shù)據(jù)為：A相對地300MΩ、B相對地500MΩ、C相對地500MΩ，同檢修前所測數(shù)據(jù)接近，符合規(guī)范和運(yùn)行規(guī)程規(guī)定。

3.3 定子一點接地故障過程

故障發(fā)生時的運(yùn)行方式為：110kV線路、1號和2號主變、2號和3號機(jī)、1號和2號廠變運(yùn)行、2號主變中性點接地投入、廠用電分?jǐn)噙\(yùn)行。

故障現(xiàn)象：根據(jù)《高鳳山水電站電氣運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，完成1號機(jī)組大修后開機(jī)前檢查試驗項目，符合開機(jī)條件后手動開啟機(jī)組至空轉(zhuǎn)運(yùn)行0.5h，再次檢查無異常情況后零起升壓操作，待機(jī)端電壓升至2.5kV左右時，監(jiān)控上位機(jī)報“1號發(fā)電機(jī)定子一點接地”、“1號機(jī)電氣故障”信號；定子三相電壓不平衡，監(jiān)控顯示A相電壓為0，B相C相電壓為額定值。35kV及110kV線路各相電壓正常。

圖1 電廠一次主接線圖

4 接地原因分析及處理

4.1 接地故障檢查

定子接地原因有多種：過電壓，不平衡電流或通風(fēng)故障引起過熱，機(jī)械振動，絕緣受潮，母線電壓互感器斷線等[5]。故障發(fā)生后，當(dāng)值運(yùn)行人員立即操作停下1號機(jī)組并進(jìn)行詳細(xì)檢查，根據(jù)檢查情況并結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷為1號機(jī)端I段母線上測量用電壓互感器一次側(cè)A相快速熔斷器熔斷，造成電壓互感器二次側(cè)開口三角形3U0電壓大于定子一點接地保護(hù)動作電壓5V。具體檢查分析如下：

（1）穿絕緣靴，戴絕緣手套巡視檢查發(fā)電機(jī)一次連接系統(tǒng)（包括機(jī)端母線及其連接設(shè)備，如電壓互感器、電流互感器、廠用變壓器、勵磁變壓器、避雷器、一次電纜等），未發(fā)現(xiàn)有明顯放電痕跡及斷線、金屬搭接等異常和接地點。

（2）穿絕緣靴，戴上防毒面具，帶上手電筒進(jìn)入發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)檢查，未聞見煙霧、焦味異味，也未發(fā)現(xiàn)有放電痕跡及斷線、金屬搭接等異常和接地點。

（3）斷開1號機(jī)組機(jī)端出口斷路器01，拉開發(fā)電機(jī)機(jī)端出口隔離刀閘11及各支路刀閘，對定子充分放電后，再次用2500kV絕緣搖表測量1號機(jī)定子繞組絕緣電阻，測量數(shù)據(jù)為：A相對地350MΩ、B相對地500MΩ、C相對地550MΩ，符合規(guī)范和運(yùn)行規(guī)程規(guī)定。

（4）用萬用表測量保護(hù)屏后電壓互感器二次側(cè)各相電壓：A相電壓為0V，B相電壓為5.1V，C相電壓為5.1V；開口三角形電壓為5.1V。進(jìn)一步檢查電壓互感器二次側(cè)快速熔斷器，三相接觸良好。用萬用表測量其電阻值均合格。

（5）拉開電壓互感器一次側(cè)隔離刀閘，取下其二次側(cè)熔斷器，采取適當(dāng)安全措施后取下一次側(cè)高壓熔斷器進(jìn)行檢查，其中A相熔斷器電阻無窮大，其余兩相熔斷器電阻值合格。

4.2 接地原因分析及處理

（1）經(jīng)過上面檢查內(nèi)容前3項檢查，可判定不是定子真實接地，即排除繞組絕緣降低、絕緣擊穿、機(jī)端設(shè)備接地等原因引起定子接地保護(hù)動作。

（2）故障信號是在起勵升壓至2.5kV左右時發(fā)生，機(jī)組未并網(wǎng)運(yùn)行，排除了因過電壓、三相定子電流不平衡引起定子接地保護(hù)動作。

（3）機(jī)組啟勵前所測振擺數(shù)值未超規(guī)定值，運(yùn)行過程中各軸承溫度、風(fēng)冷溫度、定子線圈和定子鐵心溫度均正常，排除了通風(fēng)冷卻故障引起過熱、機(jī)械振動等原因造成的故障。

（4）通過對機(jī)端測量用電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器進(jìn)行檢查，查出一次側(cè)A相高壓熔斷器熔斷，則二次側(cè)A相失壓，其余兩相電壓正常。與實際的定子繞組接地的區(qū)別是：接地相電壓降低或為零，不接地相電壓將升高，最高升至正常電壓的倍。

（5）正常運(yùn)行時，電壓互感器開口三角形電壓為三相電壓的矢量疊加，其值為零或很小，一相接地時，開口三角形電壓為3倍零序電壓。而當(dāng)一相熔斷器熔斷，或一相斷線時，因系統(tǒng)無接地點，所以開口三角形并無零序電壓，此時開口三角形電壓為其余兩相電壓疊加，其值等于相電壓且大于定子一點接地保護(hù)動作電壓。

（6）根據(jù)以上分析和檢查結(jié)果，對電壓互感器一次側(cè)A相高壓熔斷器進(jìn)行更換，重新開啟1號機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，再緩慢零起升壓至10.5kV額定電壓，定子一點接地故障信號未報警。

5 經(jīng)驗教訓(xùn)

定子一點接地故障信號報警后，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行全面分析判斷，以便準(zhǔn)確分析原因。本案例應(yīng)在故障信號時通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查看三相定子電壓是否正常。當(dāng)發(fā)生真實接地時，接地相電壓降低或降為零，非接地相電壓將升高或達(dá)倍相電壓。而電壓互感器一、二次熔斷器熔斷引起假接地信號時，熔斷相電壓為零，非熔斷相電壓為正常相電壓，不會升高，這是與真實接地的根本區(qū)別。

通過此次故障暴露了電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器的安全隱患。通過進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)一次側(cè)熔斷器熔斷由接觸不良發(fā)熱引起。檢修時雖然已檢查熔斷器完好，但在安裝時未注意檢查上、下端頭壓緊彈簧是否壓緊。所以每次檢修后開機(jī)前應(yīng)詳細(xì)檢查，用萬用表測量，清除卡口處銹跡，必要時涂導(dǎo)電膏，并在安裝一次熔斷器上、下裝頭處用扎帶扎緊。

6 防范措施

（1）制定三級檢查驗收制度，即完工后作業(yè)者的自檢，作業(yè)組內(nèi)檢查驗收，廠級竣工檢查驗收。

（2）制定規(guī)范的作業(yè)指導(dǎo)書和質(zhì)量檢查驗收制度，規(guī)定詳細(xì)的作業(yè)流程和質(zhì)量檢查驗收內(nèi)容，嚴(yán)格控制W點和H點的質(zhì)量，防止了因檢修質(zhì)量差、檢修內(nèi)容不完善、檢查不到位等原因引起的設(shè)備故障或事故發(fā)生。

（3）制定設(shè)備定期巡視檢查制度和點檢制度，根據(jù)不同設(shè)備規(guī)定不同的檢查內(nèi)容和檢查頻率，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和缺陷，及時匯報處理，防止進(jìn)一步引發(fā)事故。

（4）制定設(shè)備定期切換制度，防止設(shè)備長期疲勞運(yùn)行引發(fā)事故。

（5）針對缺陷易發(fā)設(shè)備和頻發(fā)設(shè)備部位，重點進(jìn)行巡視檢查，并將檢查結(jié)果記錄在案，同時制定應(yīng)急預(yù)案。

（6）運(yùn)行監(jiān)控人員合理分配各臺機(jī)組負(fù)荷，盡量避開機(jī)組振動區(qū)運(yùn)行，防止機(jī)組過負(fù)荷運(yùn)行、進(jìn)相運(yùn)行。嚴(yán)密監(jiān)視各運(yùn)行參數(shù)變化情況，防止超額定值運(yùn)行。機(jī)組溫度變化大時注意冷卻系統(tǒng)的檢查，防止冷凝水引起接地。

（7）定期組織員工進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高運(yùn)行維護(hù)人員業(yè)務(wù)技能，提高分析問題、解決問題的能力。

（8）制定各類事故應(yīng)急預(yù)案并定期組織進(jìn)行反事故演習(xí)活動，提高現(xiàn)場人員快速處理事故能力。

（9）加強(qiáng)防小動物觸電管理，對易觸及的帶電設(shè)備采取防范措施，通過設(shè)置防護(hù)網(wǎng)、遮擋、防鼠板、進(jìn)出隨時關(guān)門、定期滅鼠滅蛇等措施，防止因小動物觸電引起接地故障。

（10）檢修時特別在大修過程中要做好定、轉(zhuǎn)子的防潮、防塵、防擦碰措施。

7 結(jié)論

1號機(jī)組本次大修時間過長，定子繞組長時間暴露在潮濕環(huán)境中，且檢修環(huán)境灰塵較大，吸附在繞組上的灰塵也易受潮從而加速定子繞組絕緣降低，甚至低于正常值引起定子一點接地或多點接地故障。通過對故障現(xiàn)象的分析并結(jié)合檢查情況正確判斷此次定子一點接地保護(hù)動作是因電壓互感器一次熔斷器熔斷引起，并非真實的定子一點接地故障，從而縮短了故障檢查處理時間。針對此次故障原因，在今后的檢修中應(yīng)做好設(shè)備的維護(hù)管理工作，安裝過程應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)程，制定相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書和檢查驗收制度，確保設(shè)備的檢修質(zhì)量，保障設(shè)備安全、健康運(yùn)行。通過以上防范措施的制定和落實，在近兩年的運(yùn)行中未再發(fā)生類似故障，設(shè)備安全運(yùn)行可靠性大大提高。