水轮发电定子绕组接地查找方

1、水轮发电定子绕组接地查找方法探讨 洪家渡电站建设公司 黄政551501摘要：本文详细介绍了水轮发电定子绕组接地查找的几种方法，其中主要介绍了有别于传统方法的差动保持护原理法，并对实现此方法的使用仪器提出了改进办法，使产品的生产与使用有机的结合起来，进一步推动了社会生产力的发展。实践证明，差动保护原理法在解决实际问题中是极为有效的。另外，该方法可应用于220V直流系统、48V通讯电源系统的接地查找及处理。1、概述定子绕组接地是发电机常见的一种故障,其中定子绕组的单相接地故障尤为常见。对于大中型发电机中性点不接地或经高阻抗接地的定子绕组,由于单相接地故障并不产生较大的故障电流,所以定子绕组单相接地

2、保护通常只发信号或延时跳闸.。但应注意到发电机单相接地故障往往是相间或匝间短路的先兆,因此，对于定子绕组接地只发信号的机组应立即通知 有关部门停机处理，对于延时跳闸的发电机组应立即查清故障并排除后,方可投运。差动保护是电气元件和线路（220kV）的主保护，它是由装设在被保护对象两侧的电流互感器及差动继电器组成，动作后果是切除保护范围的供电电源。差动保护原理从前应用于在线保护电力设，如发电量机，变压器，线路等，在本文中将介绍用该当方法精确查找定子绕组接地后的接地点。2、发电机发生接班地故障后,接地点的查找方法 2.1绝缘电组法： 故障相别的判斷方法：当发电机发生接地故障后,首先用絶缘电阻法判断故

3、障相别。方法是：在做好安全措施的前提下,取下发电机出口电压互感器一次保险，对于中性点经消弧线圈接地的发电机应将中性点接地刀闸断开，拉开出口刀闸，按照发电机出口电压等级，根据国家标准，用摇表测试发电机绝缘。确认发电机接地后，对于中性点可拆开的，拆开后，即可判断出接地点在哪一相，对于中性点无引出线的发电机,用绝缘电组法只能知道整个发电机有接地点。接地点的初步估算：目前大、中型发电机均装有100%定子接地保护，当定子绕组发生接地故障时，保护动作切除故障，同时打印机打印故障报告，从故障报告提供的信息（如故障时的3U0值）可初步估算接地点的位置。下面以A相接地为例，讨论最常见的接地故障。 金属性单相直接

4、接地，如图1。设故障点位于A相绕组距中性点处（为中性点至故障点的匝数占一相串联总匝数的百分比），由于接地电流非常小，定子绕组感抗又远小于对地容抗，所以，零序电压U0可用下式计算U0=（Ua+Ub+Uc）/3 =(Ea+Eb+Ec)-3Ea/3 =-Ea其中，U0为发电机中性点偏移电压，从上式可计算出值，从值可初步估算出接地点在A 相绕组中大概位置。xaA X bB 3U0 Yy消弧线圈 zcC Z 图1 定子U0接线图（虚线框内发电机出口电压互感器）接地点经过渡电阻R接地 U0= Ea/（1+j3CgR）令 U0/ Eph= K0,0K01，（K0表示接地系数，K0=0表示直接接地，K0=1表

5、示不接地），则发电机三相对地电压分别为 Uad= Eph(1- K02)1/2 Ubd= Eph1+2 K02- K03(1- K02)1/21/2 Ucd= Eph1+2 K02- K03(1- K02)1/21/2由上式可得图2 1.821.7 UbdUcd 1.0 Uad 0.30.349 0.5 0.655 0.756 0.937 1.0 K0U 图2 A 相以过渡电阻接地时发电机各相电势图从图2可清楚看到：a. 当R的改变，K0=01之间变化，故障相A对地电压Uab在0Eph之间变化，但不可能大于Eph。b. 在0K00.655内，非故障相B对地电压Ubd小于或等于Eph，其最小值约

6、为0.823Eph，在K0=0.349时以生；在0K00.5范围内，非故障Ubd反而小于故障相电压Ead。c. 在0.756K01范围内，非故障相电压Ucd超过31/2Uph，在K0=0.937时最大的Ucd约为1.82 Eph。d. 对于A 相经过渡电阻R发生机端接地故障时，不管K0值多大，恒有Ucd>Ubd。其中Ucd、Uad、Ubd、U0可由录波图和保护动作报告中得出。2.2如何进一步缩小接地点范围：直流电阻法或差动保护原理法的应用定子绕组接地不同于转子接地，不能采用电流烧穿法将接地点消除，因为定子绕组直接接地时其定子绝缘层已破坏，不论它是经毛刺接地，还是经金属屑接地，都不能将其烧

7、断继续投运。根据长期的运行经验积累，行之有效的查找方法是： 直流电阻法当用绝缘电阻法判断出接地点在哪一相后，用变压器直流电阻测试仪或变压器直流电阻速测欧姆计或双臂电桥分别测量接地相机端和中性点对地电阻，根据电阻可分析出接地点有大概位置。但由于试验误差，对接地点的估算不可能达到准确无误。而对于中性点无引出线的发电机，此方法也不能判断出接地点在何处。 差动保护原理法 差动保护原理法、差动保护的动作原理原理图见图正常运行时:，I1=I2 ij=i1-i2=0. 因此，继电器两端电压:Uab= ij×Rj=0. 式中Rj-继电器内部阻抗。电流不流经继电器线圈，也不会产生电压，所以继电器不动作

8、。图：差动保护原理图图中: TA1、TA2-电流互感器Ru- 保护电阻器; U>- 差动继电器。、发生区内故障: 原理图见图，i1=Id/n (nTA1电流互感器匝数比) ij=i1-iei1 Uab= ij×Rji1Rj 此时，电流流入继电器线圈、产生电压，检测出故障，继电器动作。图内部故障动作原理图、发生区外故障:由于短路电流是额定电流的68倍且含有较大的非周期分量。当TA1与TA2特性完全相同时，差动继电器中无电流通过，继电器不动作。若TA1与TA2特性存在差异或剩磁不同，这时差动继电器中流过不平衡电流，这时只要差动动作电流大于最大不平衡电流，差动继电器不会动作。图外部故

9、障动作原理图根据差动保护原理，定子接地故障查找接线图如图。 定子绕组 电流相位比较表 K1 K2 R A B R 图 电流相位比较法接线图其中：UAB=380V， UBN=220V，N与发电机铁芯相连。由图知：当K2点以生接地时，钳形表读数近似为120°（或240°钳形表同名端反时），进出，而在K1 点发生接地时，数字式钳形表读数为180°（或0°钳形表同名端反时），由此可以很快查找出接地点。此方法应用时的说明：仪器应做的改进由于厂家的钳形表的测电流夹子是一个只能开一小缝的铁夹子，不可能用来夹定子绕组，因此，应对其进行改进成能测量定子绕组电流和钳形表。将

10、钳形表两侧各钻一小孔攻丝，在丝口上配上适当镙丝，将足够粗的导磁线料（如硅钢片或铁丝等）绕过定子绕组后接于两镙丝上，测量时先接好线，打开钳形表，这时就可以测量差流判断绕组是否接地。必须在回路中串联适当电阻。用来限制回路中的电流，防止短路。2.3、经过渡电阻接地的几种查找方法 经过渡电阻接地有两种情况，一种是绝缘存在缺陷，直流耐压时个别相泄漏电流过大，另一种是加不上直流电压，但对地存在电阻。现分两种情况进行查找：2.3.1泄漏电流过大对于定子绕组直流耐压时泄漏电流过大的缺陷处理在高压电气设备试验方法一书中进行了详细论述，在此仅作简单介绍，其原理是根据当直流电压加在线棒上时，存在绝缘缺陷的线棒电压则

11、无变化。试验中用金属叉具探测端部电压实现。2.3.2对于经小过渡电阻接地，按以下方法处理1电阻测量法 根据机组的特点，对故障相线棒的薄弱环节进行电阻检查，具体方法是将万用表的一头接故障相的发电机出口，另一端检测故障相线棒的外观有破损、潮湿的地方，若测试点与机端间电阻的电阻较低或为0时，应认真检查该缺陷点，并处理之，再检测故障相绝缘，若有上升，则证明该点为故障点。该方法的理论根据是定子绕组内侧由于在装配时垫了绝缘材料，故其接地的机率与铁芯、线棒侧壁和外侧接地相比要小得多。实践证明，该方法对定子经小过渡电阻接地有一定的作用。且节约时间。但对经小过渡电阻接地的缺陷并不是所有的都能用接地电阻法查找出来

12、。2绝缘破坏法 对于经小过渡电阻接地，对地电阻法不能找出故障点的间隙接地，（因为在此状态下加直流电压可能加不上来），可采用突然加直流高压或加交流电压（如5kV，10kV，20kV逐渐加压）将经小过渡电阻接地击穿成直接接地来处理（加压时在保证安全情况下，派人监视发电机放电点，以便处理绝缘薄弱点）。3 二分法或黄金分割法 对于经过渡电阻接地经绝缘破坏法方法仍不能发现接地点的定子接地故障，可用二分法或黄金分割法进行查找处理。 所谓二分法就是在故障相绕相的1/2处将其并头套打开，先判断出故障点在哪一半，再继续用二分法查找故障点，如此下去最终总能将故障点找到；黄金分割法：在故障相绕组全长的0.618倍处将其并头套打开，先判断出故障点在哪一半，再继续用此法查找故障点，如此下去最终总能将故障点找到。此方法是不得已而为之的方法，它虽然最终总能查出故障点，但由于拆除、恢复定子线圈并头套工作复杂，工艺要求较高，