韦湘钊
广西桂能科技发展有限公司 广西南宁 530000
摘要：本文论述了某台600MW级汽轮发电机定子绕组出现接地故障后，采用一系列试验方法查找的过程，介绍了一些经典的发电机定子绕组接地故障查找试验方法，并对这些试验方法中的直流压降法做了一些改进措施，提高了计算和试验定位的精确度，及时有效地查找出了发电机定子绕组接地故障的位置。最后总结性分析了这种改进后的直流压降法在实际实施中可能会碰到的问题，并提出建设性建议。
关键词：发电机；直流压降法；接地故障
一、研究背景、目的
某电厂进行机组大修，根据机组检修计划实施了发电机定子绕组的交流耐压试验，在正常试验过程中A相绕组达到1.5Un试验电压并维持了16秒后发生放电。本案例所述的汽轮发电机为东方电气生产的QFSN-600-2-22A型，其额定功率为655.2MW，定子额定电压为22kV。
在放电发生后，立即组织试验人员对发电机定子的三相绕组分别测量了绝缘电阻值，此时发现A相定子绕组已无法加上试验电压，改用电压不高的万用表对A相定子绕组测量对地电阻值，测量结果仅为8kΩ。再采用兆欧表分别测量B、C相绕组的绝缘电阻均正常，确认A相定子绕组已经放电击穿。现场检修人员通过检修人孔门进入发电机内部进行初步检查，未能找到击穿点。随后组织检修队伍拆开发电机的两侧端盖并抽出转子，组织检修人员对定子绕组各部位进行了全面细致的检查，发电机定子内部没有漏油现象且干净整洁，也没有发现任何的放电击穿痕迹，初步排除了因表面脏污引起的放电。
在确认故障的发生且通过初步的检查不能及时发现故障点后，需要通过一系列的试验方法来查找和确认故障点，目的是为了尽快地确定故障点的位置，并据此及时地制定出相应的修复方案，以保证整个修复工期在预计的时限内完成，使机组在最短的检修工期内恢复正常运行。
二、定子绕组接地故障点的经典试验方法
（一）外观查找法
有条件的情况下可以拆开发电机的端盖并抽出转子，全面细致地进行外观检查。如不具备条件的，也可以通过检修人孔门进入发电机内部进行可探及部位的检查。主要检查定子绕组各个部位的整洁度，例如有没有脏污或漏油现象；材料变质情况，例如绕组鼓胀、过热变色、流胶现象等；绕组的固定情况，例如有无磨损、松动等现象。利用这些表面表现出来的异常来辅助判断找到明显的接地故障点。
（二）绝缘电阻法
通过测量各相绕组相间、相对地绝缘电阻值的方式，以及测量电压是否可以加得上的情况，综合判断确认故障是否发生了以及故障所在的相别，绝缘电阻法无法准确地定位故障点所在的具体位置。
（三）兆欧表法
正常采用兆欧表测量绝缘电阻时采用的测试电压为2.5kV，现在新型的数字兆欧表是宽电压范围的，可以将测试电压降低来应对因故障点接地电阻太低而加不上电压的情况，也可以将测试电压提高至5kV甚至10kV，使接地故障点在测试电压下击穿，通过击穿位置的放电声和火花来确定具体的故障部位。
（四）高压直流法
如兆欧表的测试电压不足以满足查找试验的要求，可以采用直流高压发生器来代替兆欧表，与兆欧表法的方法类似，但要注意防止直流高压发生器因放电导致的过载而损坏，需要在加压回路中串联接入限流电阻。
（五）高压脉冲法
对于低阻接地故障可以采用高压脉冲法，因为故障点对地的电阻值太小，直流发生器的输出电压无法直接升起来，可在高压试验回路中并接一个高压电容器和串接一个放电球隙，调节放电球隙的距离以调整放电电压。使试验回路不断地充电和对故障点放电，放电使故障点产生一个瞬间的直流高压电压，通过故障击穿点的放电声和放电火花确定故障部位。
（六）高压交流法
对于高阻故障点，可采用常规的交流耐压试验接线方式，在故障相绕组与地之间施加一个交流高压，使故障点击穿放电冒烟，通过冒烟点来确定故障点部位。为了防止故障点位置的铁芯绝缘被放电烧坏，需要限制高压回路的试验电流值，建议不要超过5A，所以在加压前需要计算用于限流的电抗或者电阻值的大小。
（七）低压交流法
对于低阻故障点，可以采用低压交流法，直接使用调压器控制施加的低压电压值于故障相绕组与地之间，使故障点因为电流的热效应造成绝缘烧焦冒烟，通过冒烟点来确定故障点部位。同样地，为了保护铁芯绝缘不因试验而烧坏，可采用2kVA左右的小容量单相调压器，同时需在试验回路中串接限流电阻，以限制试验电流在5A以下。采用低压交流法可以适当地延长试验时间，以便有足够的时间让故障点发生烧焦冒烟现象。
（八）开口CT或开口变压器探测法
加压回路采用低压交流法的试验接线，控制试验电流在0.5～1A之间。测量回路采用开口CT感应电流或者采用开口变压器感应电压。试验人员操作时顺着加压相的各个槽部和端部位置移动开口CT或者开口变压器，当感应出的电压或者电流发生突变时，测量所在槽位置的线圈即为故障线圈。为了定位故障线圈上的具体故障点位置，可各从出线端和中性点来进行加压测量一次，以两次的测量结果来判断故障点的具体位置。
（九）直流压降法
在查找发电机转子接地故障的试验方法中，采用直流压降法的成功案例很多，通常使用直流电焊机或者蓄电池等作为试验电源，对转子绕组施加一个直流电压，分别测量绕组首尾的对地电位，以此计算接地故障点的位置。此方法也可用于定子绕组接地故障的查找，但因为定子绕组的接线和位置复杂，且端部引线对计算的结果影响较大，所以应用案例较少。同时因为电源的稳定性等问题，往往计算出的结果精确度不足，本文讨论换一种思路应用直流压降法来解决测量精度的可行性。
三、直流压降法查找定子绕组故障的案例
本次定子绕组接地故障发生后，先后采用了外观查找法、绝缘电阻法、兆欧表法、高压直流法、高压脉冲法、高压交流法来查找接地点，但这些方法最终只能确认接地点发生在A相。在使用高压脉冲法时能在绕组表面发现有放电火花，但所在的位置每次都不一样。现场修理人员根据放电火花出现的位置，尝试着将有放电火花的励端第29槽的槽楔打开，但在线棒上没有找到故障点，只在铁芯部位发现有轻微的烧痕。理论上本次接地点只能有一处，因此需要精确地计算出接地点的所在部位。
考虑到现在的数字式直流电阻测试仪的输出电压和电流非常恒定，且输出电流可达到60A以上，现场试验人员决定采用数字式直流电阻测试仪当电源，对A相加74.4mV/50A的直流电进行测量和分析，其分析结果如下图所示：
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根据分析结果,采用低压交流法向A相绕组对地施加220V/4.2A的交流电,并加强对上述8、11、27、33槽监视检查,终于在第27槽发现有烟冒出,拆出第27槽的上下层线圈后,在下层线圈的中部发现了故障点。
结语
综上所述，依托数字式直流电阻测试仪采用直流压降法可以精确地计算出大型汽轮发电机定子绕组接地故障的接地点位置。本案例中，A相的2个分支在查找过程中未解开，因此初步计算出4个槽号，如果将分支的并联点解开后，可以把范围缩小到2个槽号。如此计算出2个槽号后，再将槽号所在的线棒解开，可快速确定接地故障点。本案例中改进后的直流压降法查找定子绕组接地点具有灵敏性高、操作简单、准确性高、实用性强的优势，因此在碰到类似的故障时，可考虑采用本文所述的直流压降法结合其他试验方法查找接地故障点。
参考文献：
[1]Greg C. Stone等著.旋转电机的绝缘—设计 评估 老化 试验 修理（美国）.中国电力出版社.ISBN978-7-5123-0815-2，2010.9
[2]党晓强. 型发电机内部故障在线诊断及其行波应用新原理[D].四川大学,2016.
作者简介：韦湘钊（1976），男，汉族，籍贯：广西桂平，学历：大学本科，职称：工程师，现工作单位：广西桂能科技发展有限公司，研究方向：电气高压试验技术。