摘要：汽轮发电机定子主要由定子机座、定子铁芯、定子绕组、冷却器、出线箱等组成。当发电机运行时，定子机座承受发电机的重量以及巨大的转矩。同时，定子绕组是由高压大电流和连续旋转磁场引起的。它表现出椭圆振动类型，特别是定子绕组端部受到较大转矩，因此定子绕组端部引起的定子绕组接地事故更容易发生。当发生定子绕组接地故障时，发电厂不具备故障处理和计算分析能力。通过实例，详细介绍了发电机定子绕组接地的修复方案、问题处理和后续计算分析，对定子绕组接地事故的处理有一定的指导意义。
关键词：350MW汽轮发电机；定子故障；改进对策
1 引言
近年来，火力发电厂大部分汽轮发电机组的产量均达到额定值，其性能和参数也足以满足正常运行模式的要求。然而，由于技术因素的制约，汽轮发电机定子在制造和使用过程中是一个整体，维护难度很大。因此，本文对大型汽轮发电机定子接地故障的原因进行了全面、系统的阐述，并分析了这些故障对机组安全运行的危害及相应的处理措施。
2工况概述
6月22日08:49:19，#5发电机第一次发生定子绕组单相接地，零序电流最高升至0.55A，持续到08:51:06结束。6月23号02:31:09到11:20:06共发生10次间断性不规则的定子绕组单相接地，接地电流幅值从0.86～1.54A，最高基波零序电压幅值42.405V，时间为数十秒到5分钟不等。6月23号11:41:51后，#5发电机零序电流由0.01A突变至1.50A后，事故报警一直存在，并无法消除。#5发电机定子从间断性地彻底演变成永久性金属性接地。停机后查出发电机定子接地点发生在封母至高厂变高压侧之间，是密封盘绝缘子被击穿所致。同时在B相封闭母线筒内发现A排墙外伸缩膨胀节部凹槽有积水（大约2000mL），周围有明显的水流过的痕迹，密封套管表面有一明显的放电通道。事后分析得出，由于机组的微正压装置故障，退出运行已有半年时间，使得潮气、雾气，雨水等进入封母，导致B相接地。
3 定子故障分析
3.1 定子绕组发生接地故障
发电机定子接地时，发电机将发出“定子接地”报警信号。发电机采用封闭母线后，外部因素大大降低了接地的概率，但也有一些因素造成发电机定子接地，例如：（1）发电机和冷却水导水器的泄漏。电费严重超标时，会引起接地报警器。（2）在发电机定子绕组连接的设备的一部分上发生单相接地时发生接地故障。例如，发电机的主密封母体支撑绝缘子的下落绝缘，橡胶密封套在主变压器低压侧的破裂引起的橡胶密封套的破裂和渗漏导致升高座内积水瓷瓶绝缘下降。（3）发电机电压互感器开三角形绕组的高压侧熔断器熔断，开三角电压线松动，接触不良，电压互感器开三角边一插头或两插头接触不良接触也会引起发电机定子接地报警。这不是由于振正接地引起的保护报警，通常被称为“假接地”。（4）发电机绕组和绕组上的污垢和灰尘引起热的污染，导致风道堵塞和绕组过热，导致发电机过热，绕组绝缘迅速恶化。（5）发电机冷却器进气管堵塞导致冷却水供应不足，绕组过热，绝缘损坏。（6）发电机长时间过载。(7)当发电机干燥并驱潮时，温度过高。
3.2 定子铁芯松动
在正常情况下，发电机定子铁芯幅值（位移PP）一般不超过60～80 μm。对于同一厂家和同一类型的发电机定子，亦常有2X振动相差较大的情形，这通常与铁芯的密封性有关。铁芯硅钢片的弹性模量在（1～1.4）x107n/cm2范围内变化，相当于刚度为40%的变化，这也会引起40%的振动变化，并且铁芯的谐振频率也可以接近或处于谐振状态。在3000r/min操作时，铁芯硅钢片的不同密封性对发电机定子振动的影响是：在低负荷条件下，发电机定子振动较大，随着负荷的升高，振动逐渐减小。失效机理如下：低负荷条件下，硅钢片间的间隙较大，刚度较低。重载后硅钢片的热膨胀使硅钢片挤压得很紧，铁芯刚度增大，振动减小。从试验结果和振动历史记录，这种失效因素是不太可能的。
3.3线圈问题
（1）线圈在包扎过程中存在环境不清洁或材料不清洁导致线圈包扎过程中将异物包裹在线圈绝缘中，嵌线时受槽楔压紧力，膈破线圈绝缘，导致导线与铁心之间绝缘破损，进而导致接地；（2）线圈包扎时包扎使用的绝缘料非图纸要求的绝缘料，导致电机的绝缘性能达不到设计标准，在耐压测试过程中接地；（3）线圈包扎的层数不足或包扎时叠包度达不到图纸要求，导致电机点状区域绝缘等级不达标；（4）线圈生产过程中转运时线圈与线圈架磕伤、线圈与线圈之间蹭伤。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（5）线圈线型与铁心槽型不符，上下层边翻边，鼻部转角处摞线，线圈入槽尺寸偏大等造成线圈嵌线时线圈绝缘破损接地。（6）线圈包扎的绝缘料过期。
4 改进措施
4.1短期对策
在彻底解决措施或方案实施之前，中日双方确定并实施了以下短期对策：（1）实施修复工作抽出故障线棒，进行了绝缘修复并回装处理；将定子槽楔全部敲出，重新安装，更换汽机侧定子槽楔及绝缘垫片、弹性波纹板；对定子铁芯螺栓和穿芯螺栓采用120%力矩进行了紧固；进行定子绕组电气试验；进行了发电机短路试验、开路试验。（2）实施在线监测为实现在线监测，新增安装一套在线检测装置，装置能实施对发电机运行中在线监测铁芯振动、线圈振动、线圈局部放电数据，为状态分析工作提供有效依据。
4.2需立即解列停机情况下的处理办法
（1）当判明为定子接地时，应全面检查发电机本体及所连接的一次回路各部是否存在故障。（2）若检查发现发电机出口PT存在明显故障或异常象征，立即按照公司《发电机PT故障处理预案》和现场相关规程要求进行处理，处理过程中切机做好各项防护措施。（3）检查发电机出口封母箱内是否有水、油、放电现象，若存在，但不严重，应立即对封闭母线各部进行检查，确认低洼处是否存在渗漏液现象，检查封闭母线内部是否有放电声，必要时拧开排污螺钉，检查是否有液体流出；若封闭母线内积液严重或放电声明显，应停机处理。（4）检查消弧线圈是否正常，存在轻微异常但不影响工作的，在定子接地处理期间应密切监视，情况若恶化立即停机。（5）检查封闭母线整体是否存在损伤、变形，尤其是固定绝缘子的固定座部位。（6）如果经历了强震动或电力系统故障冲击后发生定子接地故障，外部检查未发现异常情况下，应立即及时停机。（7）检查封母微正压装置是否工作正常，若封母无法建立微正压，应检查封母是否存在漏点并可能异物漏入；若微正压装置压缩空气带水严重，同时上述检查未发现异常，停止微正压装置运行，以确定是否因内部空气潮湿所致。
4.3接地预防措施
针对电机定子接地故障的原因分析，如何才能有效降低电机定子的接地故障，针对易造成接地的工序我们要时常进行工艺改进，如在线圈方面，针对线圈的转运与拿取时易发生线圈引线头与线圈绝缘拉伤问题，可将线圈引线头使用硅橡胶套管将线圈引线头套上，在嵌线完成后再摘下；在铁心方面，针对铁心槽与通风槽处的焊渣问题，我们可制作与铁心通风槽相对应的弧形板在定子铁心焊接时安装上进行防护，焊接后再拆除；嵌线方面，可在该线圈下层边的两端将罗麦克纸垫放在铁心冲片与压圈过渡处进行防护；在试验方面，除了通过日常的点检及设备TPM管理，针对电机泄流数值的个体差异性问题，使用SPC数据统计分析中的X-MR（单值和移动极差控制图）对每种电机的泄流值汇总分析，制定出最初的控制指标。
4.4 接地点修理
首先是对浸漆前接地的修理，由于电机尚未浸漆，其绝缘未固化一体，直接起出线圈更换新线圈，若无新线圈则可拆除故障线圈绝缘使用白布蘸酒精进行擦拭，使用小平锉去除高点，使用压敏带搭接接地点两边熔敷各15mm进行包扎，最后依工艺对线圈重新进行包扎。其次是对于浸漆后的上层边接地问题的修理，使用平头木锤与槽打板沿槽方向逐一敲打槽楔，破坏固化绝缘漆。对电机进行烘焙，若有电缆线或传感器的需注意做好防护，待线圈内外的绝缘漆软化之后用撬棍将线圈端部翘出缝隙，用绑绳穿过线圈绑紧，另一端绑扎在吊杠上，然后用吊具向上起吊，将线圈上层边拉出铁芯，用隔板将线圈直线边与铁心隔开，轻轻去除线圈表面的绝缘，随后同浸漆前的对线圈接地点处理方法一样包扎完线圈。用锯条、锉刀、白布、乙醇清理铁芯槽内残留的残余物，尤其是燕尾槽，保证没有高点。重新铺放槽绝缘、层间垫条进行嵌线、打槽楔，电气检查浸漆即可。
5 结束语
350MW汽轮发电机定子接地对发电机的危害巨大，其接地概率最大的是单相接地，定子单相接地没有及时发现或者处理不当，发展成相间、匝间短路将酿成灾难性的毁机事故。因此，各级运维人员要精心操作、用心维护、及时发现、果断处理，坚决防止事故扩大。
参考文献：
[1] 陈飞文,兀鹏越,陈佳佳,吴斌,吴晋.发电机外部“定子接地”故障分析及处理[J].电气技术,2013(11):56-59.
[2] 白伟.发电机定子接地保护动作原因分析及故障处理[J].电工电气,2012(12):29-32.
[3] 邵宇,肖仕武,鲁春燕,邱庆春.发电机定子单相接地故障仿真及其保护综述[J].现代电力,2004(06):46-50+92.
论文作者:曾庆春
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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