大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障与处理方法研究
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障与处理方法研究灯泡贯流式水轮发电机是一种比较常用的发电机，该发电机具有简单、可靠、效率高等优点，是一种比较受欢迎的发电机。
然而，在实际使用中，该发电机可能会出现定子接地故障，给生产和使用带来一定的不便。
本文就灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障与处理方法进行研究和分析。
一、定子接地故障原因定子接地故障是指定子与机壳之间出现接地现象，从而导致灯泡贯流式水轮发电机的输出电压产生异常。
定子接地故障的原因主要有以下几个方面：1.绝缘老化或破损在使用一定时间后，灯泡贯流式水轮发电机的定子绝缘会逐渐老化或破损，如果没有及时更换或修理，就会导致定子接地故障。
2.操作不规范如果操作人员在使用灯泡贯流式水轮发电机时，不按照正确的操作流程进行操作，或者使用的工具不当，也有可能导致定子接地故障。
3.系统结构失效如果灯泡贯流式水轮发电机的系统结构失效，比如定子的安装不牢固，或者接线松动等情况，也会导致定子接地故障的出现。
4.振动过大当灯泡贯流式水轮发电机出现定子接地故障时，需要进行相应的处理方法。
具体来说，可采取以下几种处理方法：1.检查绝缘首先，需要对定子的绝缘进行详细的检查，看是否有老化或破损的情况出现。
如果发现绝缘老化或破损，需要及时更换或修理，以防止定子接地故障的产生。
2.整理接线其次，需要对定子的接线进行整理，看是否有接线松动或接触不良的情况出现。
如果出现这些情况，需要重新整理定子的接线，以确保定子能够正常工作。
3.加固定子如果发现定子的安装不牢固，需要进行加固定子的处理，以保证定子能够稳定地工作。
同时，还需要定期检查定子的安装情况，及时发现并处理与之有关的问题。
如果灯泡贯流式水轮发电机在工作时，出现振动过大的情况，需要进行缓解振动的处理，以避免定子接地故障的产生。
具体的处理方法可以根据具体的情况进行选择，比如增加防振设备、增加支撑等等。
总之，灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障是一种常见的发电机故障，需要及时处理和修复。
大型水轮发电机组中性点接地方式
大型水轮发电机组中性点接地方式安振山 (攀枝花,二滩水力发电厂 617000)摘要 巨型水轮发电机组的出现,使直接接于发电机定子线圈接地故障保护问题越来越引起人们的关注。
流经接地点的电容电流不断增大,将破坏线圈绝缘和定子铁芯。
而流经接地点的电容电流与发电机中性点的接地方式有关。
以往,中国水轮发电机组中性点系经消弧线圈接地,中国近几年引进的一批外国机组,其接地方式是经过接地变压器接地。
文章结合水轮发电机组运行经验,对两种接地方式进行了比较,探讨了适合中国电网运行的接地方式。
关键词 二滩水电站 水轮发电机组 中性点接地 消弧线圈接地 接地变压器Mode of Neutral Point Grounding of Large Hydroelectric SetA n Zhenshan(Er tan Hydroelectric Power Station617000)Key Words er tan hydro electric pow er station hydroelectric sets neutral g rounding arc suppr ession coil g rounding g rounded transformer1 引言进入80年代以来,中国的水电事业得到了迅速的发展,投产百万千瓦以上的大型水电厂已很多,单机容量也从100MW发展到550M W,在建的三峡电站的单机容量将达700~750M W,巨型水轮发电机的出现,使直接接于发电机定子线圈接地故障的保护问题越来越引起人们的严重关注,因为流经接地点的电容电流不断增大,将破坏线圈绝缘和定子铁芯。
而流经接地点的电容电流与发电机中性点的接地方式有关,以往,中国水轮发电机中性点系统消弧线圈接地,在改革开放的情况下,中国又引进了一批国外机组,中性点接地方式又出现了经接地变压器接地的方式。
本文结合水轮发电机组的运行经验,比较了两种接地方式的优劣,探讨了适合中国电网运行的接地方式。
大型水轮发电机定子接地故障分析及处理
２０２０年第６期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ６水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０６.０１９收稿日期:２０２０－０２－２４作者简介:马志忠ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事水电站机电设备安装与调试项目管理工作ꎮ大型水轮发电机定子接地故障分析及处理马志忠１ꎬ刘凯兵２(１.三峡机电工程技术有限公司ꎬ四川成都㊀６１００４０ꎻ２.上海福伊特水电设备有限公司ꎬ上海㊀２００２４０)摘要:某大型水电站共１８台机组ꎬ其中２台机组因定子端部电晕现象比较严重ꎬ且发生了接地故障ꎮ以其中一台机组为例ꎬ经对其接地故障情况㊁故障原因以及故障处理方法进行了详细分析与探索ꎬ为如何预防或减少类似故障的发生提出了几点有益的建议ꎮ关键词:水轮发电机ꎻ接地故障ꎻ定子铁心ꎻ故障分析中图分类号:ＴＭ３１２㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０６－００６７－０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＳｔａｔｏｒＧｒｏｕｎｄｉｎｇＦａｕｌｔｏｆＬａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔＭＡＺｈｉｚｈｏｎｇ１ꎬＬＩＵＫａｉｂｉｎｇ２(１.ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１００４０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＶｏｉｔｈＨｙｄｒｏＳｈａｎｇｈａｉＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１１１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎａｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｓｅｒｉｏｕｓｃｏｒｏｎａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｓｔａｔｏｒｅｎｄｓｏｆｔｗｏｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｓａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｓａｒｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ.Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ.Ａｌｓｏꎬｓｅｖｅｒａｌｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｆａｕｌｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒꎻｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔꎻｓｔａｔｏｒｃｏｒｅꎻｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ㊀㊀在水力发电厂ꎬ发电机定子绕组接地故障时有发生[１]ꎮ某大型水电站左㊁右岸电站各装９台单机容量为７７０ＭＷ的水轮发电机组ꎬ是已建成的世界第３大水电站[２－３]ꎮ其中左岸电站某台机组于２０１７年１２月Ａ㊁Ｂ套定子接地保护动作跳闸停机ꎬ发生了定子接地故障ꎮ本文详细分析了此次故障原因及处理措施ꎮ１㊀故障点查找故障发生后ꎬ某电厂进行了初步排查ꎬ并立即向国调申请将该机组转检修ꎬ并组织技术人员对接地故障点进行排查ꎮ初步排查后决定ꎬ断开该发电机Ｂ相出口㊁中性点软连接ꎬ此时Ｂ相绕组的８个分支在出口端是相连的ꎬ在中性点处是分开的ꎮ测量发电机Ｂ相定子绕组电压ꎬ发现其不能升高ꎬ确定接地故障点在发电机Ｂ相定子绕组内ꎮ在发电机Ｂ相出口端与地之间施加小电流ꎬ该电流通过故障接地点形成回路ꎬ逐一测量各分支的电流ꎬ结果发现Ｂ相第７分支有电流通过ꎬ而其他分支无电流通过ꎬ因此确定故障接地点在第７分支ꎮ然后逐一测量第７分支的各线棒电流ꎬ发现第４９９槽上层线棒下端有电流而上端无电流ꎬ因此确定故障点在第４９９槽上层线棒槽内ꎮ将定子第４９９槽线棒周围的上机架盖板㊁转子上下挡风板㊁定子围屏拆除ꎬ拔出３个磁极ꎬ检查第４９９槽上层线棒ꎮ在退第第４９９槽槽楔过程中发现定子铁心窜片ꎬ并损伤第４９９槽上层线棒ꎬ该部位的铁心断片长度为２０~３０ｍｍꎬ如图１所示ꎮ第４９９槽上层线棒拔出后发现直线段下端存在一处明显划伤ꎬ如图２所示ꎮ查阅了相关岁修记录后ꎬ发现该处线棒附近对应的定子铁心拉紧螺杆自安装以来从未进行过处理ꎮ７６水电与新能源２０２０年第６期图１㊀故障点铁心窜片图图２㊀线棒划伤部位图检查还发现ꎬ定子铁心下端阶梯状铁心松动ꎬ主要表现为第２㊁３㊁４阶梯段超出１阶梯段部位ꎮ现场使用了０.１０ｍｍ塞尺检查松动深度ꎬ发现约７５％的阶梯片没有松动的迹象ꎬ１０％的阶梯片略微松动ꎬ１５％的阶梯片松动情况较严重ꎮ而且发现松动部位的端部粘胶片均存在散开的现象ꎮ松动的阶梯片如图３所示ꎮ图３㊀松动的阶梯片图２㊀故障原因分析根据以上分析发现ꎬ定子端部铁心发生松动ꎬ硅钢片在定转子之间磁拉力作用下进入定子线槽切割定子线棒是引起定子接地故障的直接原因ꎮ而引起定子端部铁心松动的原因有以下几个方面[４－５]ꎮ１)设计的原因ꎮ一是定子端部第２段至第４段阶梯片过长ꎬ压紧效果不好ꎬ容易造成铁心松动ꎬ定子端部阶梯片设计如图４所示ꎮ二是由于压指约只有一半长度位于机座上ꎬ另一半为悬臂梁结构ꎮ在拧紧压紧螺栓使铁心压紧时ꎬ必然是轭部受力较大ꎬ齿部受力较小ꎮ对于硅钢片的任一齿而言ꎬ在齿端散张力的作用下越靠近齿根压力越大ꎬ越靠近齿端压力越小ꎮ因此定子端部铁心在结构上看不易压紧㊁易松动ꎬ定子端部铁心结构如图５所示ꎮ图４㊀定子端部阶梯片设计图图５㊀定子端部铁心的结构图２)制造的原因ꎮ铁心端部阶梯冲片胶粘不合格ꎬ是本机组铁心松动的主要原因ꎮ铁心端部阶梯片在粘接过程中有以下不足:一是所使用的粘接剂不足ꎬ且操作者培训不到位ꎬ缺乏粘胶的经验ꎻ二是没有严格按照规定程序操作ꎬ固化过程中压紧不足ꎻ三是没有按照程序检查ꎬ检验不严格ꎬ仅通过目视检查ꎬ未能及时发现问题ꎻ四是没有充分考虑粘接环境对粘度和固化时间的影响ꎮ３)安装的原因ꎮ安装过程中存在以下不足:一是鸽尾筋直线度㊁半径㊁扭斜及弦距的偏差存在不满足图纸要求的情况ꎬ不利于铁心压紧ꎻ二是在叠装阶梯片的时候ꎬ有的阶梯片被弯折ꎬ使得粘接层可能有松动ꎻ三是铁心叠片压紧时预紧力可能不足ꎬ导致铁心没有压实ꎮ此外ꎬ整个机座高度不可能完全一致ꎬ再加上每一８６马志忠ꎬ等:大型水轮发电机定子接地故障分析及处理２０２０年６月个压指的高度也不可能完全一致ꎬ造成相邻压指之间高差㊁压指整圆高差㊁压指内外侧高差等存在不满足图纸要求的情况ꎬ最终导致较高的压指受力较大ꎬ较低的压指受力较小ꎮ这样容易造成压指上的硅钢片受力不均ꎬ不易完全压紧ꎬ造成铁心松动ꎮ４)运行的原因ꎮ机组运行时在气隙中存在旋转磁场ꎬ该磁场对定子铁心产生强大的径向旋转交变磁拉力[６]ꎮ在机组长期大容量运行时ꎬ铁心端部温度长期偏高ꎬ片间绝缘层会干缩ꎬ再加上阶梯片粘胶不足ꎬ会使铁心压紧度不够㊁齿部振动幅度加大ꎬ铁心齿根部机械疲劳ꎬ造成定子铁心松动ꎬ再加上硅钢片处在径向磁拉力的作用下ꎬ因此硅钢片将沿径向产生移动ꎬ进入定子线槽ꎬ慢慢向外伸长ꎬ划伤线棒绝缘ꎬ使线棒的绝缘性能越来越差ꎬ最终使４９９号定子上层线棒绝缘层击穿ꎬ造成定子接地故障ꎮ３㊀故障处理对于此次故障ꎬ电厂先后进行了临时处理和永久处理ꎮ３.１㊀临时处理根据以上分析ꎬ结合现场工作条件ꎬ临时处理方案如下ꎮ１)设备拆除ꎮ拆除基坑盖板及与之对应的上机架盖板ꎮ拆除周向对称的两个位置的８个磁极ꎮ２)清除ꎮ定子铁心和转子各部位在防护的情况下ꎬ切除长压指内径侧挡风板围屏固定块ꎬ清除压指上残留的焊缝ꎬ并保持表面平整ꎻ去除定子铁心上下端部阶梯片表面的绝缘漆ꎻ去除长短压指内径侧及底部绝缘漆ꎬ不得损伤定子冲片ꎻ将硅钢片的突出部分进行磨平和锉平ꎮ３)清扫ꎮ使用特定的工具㊁清洁剂对端部阶梯片进行清扫ꎮ４)定子端部阶梯片粘胶ꎮ现场使用的是粘度较低的胶水ＥＧ８８２环氧树脂ꎬ按照一定比例配胶后ꎬ进行涂刷㊁填充㊁装压㊁加温固化等工序ꎬ最后检查并进行铁损试验ꎮ５)安装定子端部阶梯片及压指支撑ꎬ并将定子铁心的压紧螺栓进行重新紧固ꎮ６)更换故障线棒ꎮ按定子线棒专用下线工艺嵌线ꎮ７)回装并进行调试ꎮ机组故障处理后ꎬ经过了２４ｈ的运行ꎮ经检查ꎬ发电机各项指标良好ꎮ这种处理方法ꎬ不仅使得机组可以继续发电产生效益ꎬ同时为永久处理方案的细节研究提供了充足的准备时间ꎮ３.２㊀永久处理为了避免接地故障再次发生ꎬ永久消除隐患ꎬ决定对机组进行更换铁心和线棒ꎮ简单讲就是拆除原有线棒和铁心ꎬ并按照制造厂家的最新技术文件重新装焊下压指㊁叠装定子铁心㊁安装绕组ꎮ永久处理方案关键流程如图６所示ꎮ图６㊀更换定子铁心和线棒关键流程图此次更换铁心和线棒ꎬ在机组的设计㊁制造和安装方面ꎬ做了以下改进ꎮ１)对端部阶梯片设计进行了修改ꎬ台阶进行了优化ꎮ如图７所示ꎬ阶梯数由７段增加至８段ꎬ阶梯的轴向总高度由４６ｍｍ减至４５ｍｍꎮ所有的阶梯的轴向和径向的尺寸都是５ｍｍꎮ每个阶梯段所需要粘接的铁心冲片数量由原先的６片增加为１０片(即所有冲片都需粘接)ꎮ阶梯片粘结采用了厂家提供的改进的粘接工艺和检查试验程序ꎬ确保了粘接效果ꎮ图７㊀端部阶梯片前后对比图９６水电与新能源２０２０年第６期２)压指尺寸进行了重新设计ꎮ定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ短压指长度相应增加１４ｍｍꎬ长压指尺寸不变ꎬ以保证铁心压紧效果不变ꎮ下压指共５７６根ꎬ其中３８４根短压指由之前的５２６ｍｍ改为５４０ｍｍꎬ压指到气隙的距离由５４ｍｍ减少至４０ｍｍꎮ３)下压指采用预安装调平方法ꎮ把不合格的下压指进行再加工处理ꎬ尽量避免用垫片调平的方法ꎮ压指和阶梯片安装效果如图８所示ꎮ图８㊀压指和阶梯片安装效果图４)为了以后检修时ꎬ方便铁心压紧系统的拆装ꎬ上下端所有螺母均采用非金属锁紧螺母ꎮ５)由于之前发现铁心拉紧螺杆绝缘套管内有积水现象ꎬ导致铁心拉紧螺杆绝缘螺杆的绝缘电阻下降ꎬ因此优化了下部绝缘垫圈的结构ꎬ增加了排水槽ꎮ６)定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ定子围屏从设计和材料上也做了相应的更改ꎮ７)定子线棒绝缘进行了改善ꎬ采用防晕结构与主绝缘一次成型技术ꎮ同时要求新线棒必须经过型式试验验证ꎮ８)在处理中ꎬ将原来材质为低合金钢Ｑ３４５的上压板更换为不锈钢０６Ｃｒ１９Ｎｉ１０材质ꎬ但其屈服强度相同ꎬ但更耐腐蚀㊁耐温升㊁抗磁拉力ꎮ９)在冲片制作的过程中严格控制原料㊁操作人员水平㊁制作工艺㊁测试要求以及过程监控等环节ꎮ机组更换铁心和线棒后ꎬ经过了一个汛期的运行ꎬ发现无论是制造㊁安装和运行ꎬ各方面数据均达到了优质机组 的要求ꎬ故障处理比较成功ꎮ４㊀结语与建议故障处理后机组的运行状况良好ꎬ充分验证了此次故障处理的方案是可行的㊁有效的ꎬ故决定在２０１９~２０２０岁修期对电厂另１台机组(与故障机组出自同一生产厂家)进行定子线棒和铁心更换ꎬ彻底消除定子接地的安全隐患ꎮ因定子铁心发生松动而引发的定子接地故障是发电机的一种常见的接地故障ꎬ也是后果极为严重的故障ꎮ因此如何预防或减少类似故障的发生显得尤为重要ꎬ为此提出以下几点建议ꎮ１)端部阶梯设计要充分考虑机组安装和运行情况ꎬ做到设计合理且端部阶梯片所有冲片都应该进行粘接ꎬ以提高其整体性和刚度ꎮ端部阶梯片粘接要采用改进的定子铁心端部阶梯片粘接工艺和完善的质量检查流程ꎮ２)在下压指安装时ꎬ下压指整圆高程差㊁相邻两块高程差㊁内圆与外圆的高度差㊁下压指中心与冲片齿中心的相对位置和压指齿端与冲片齿端径向距离都要符合设计要求ꎮ３)为了避免阶梯片粘接层松动ꎬ在叠装阶梯片的时候ꎬ每６人一组ꎬ分上中下ꎬ保保证阶梯片处于水平状态从上到下安装ꎬ不得弯折和 暴力 安装ꎮ此外ꎬ定子铁心应分段压紧叠装ꎬ铁心叠至设计高度时各预压一次ꎬ预压紧力要符合设计要求ꎮ４)每次机组检修时应全面检查定子铁心是否有异常情况ꎬ特别应检查铁心压紧螺栓是否松动ꎬ是否有积水ꎬ各螺栓压紧力矩是否恒定ꎮ５)定子铁心试验是检查定子铁心故障的重要手段ꎮ建议将定子铁心试验作为大修的必做试验项目ꎮ此外ꎬ在机组小修时建议用工业内窥镜检查定子铁心特别是端部铁心ꎬ以便尽早发现异常情况ꎮ参考文献:[１]孙彬ꎬ邱小耕ꎬ李佳佳.锦屏二级水电站７号机组发电机定子绕组一点接地故障分析及处理[Ｊ].四川水力发电ꎬ２０１５ꎬ３４(ｚ２):６９－７０ꎬ９０[２]姬升阳ꎬ欧阳宁东ꎬ杨仕福ꎬ等.溪洛渡水轮发电机组推力负荷测试研究[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１８ꎬ３２(６):５－９[３]喻文球ꎬ吴穹ꎬ靳坤.溪洛渡水电站５５０ｋＶＧＩＬ关键技术研究与应用[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１７(２):２０－２１ꎬ２５[４]周柯岩.浅谈大型水轮发电机定子铁芯松动和断齿成因及预处理措施[Ｊ].中国新技术新产品ꎬ２０１３(１０):１６３－１６３[５]成德明.水轮发电机定子铁心松动和断齿原因分析及预防[Ｊ].华电技术ꎬ２００９ꎬ３１(１):７－１０[６]舒均盛.水轮发电机铁心松动引发定子接地故障的分析及处理[Ｊ].大电机技术ꎬ２００６(５):６－８０７。
水轮发电机定子单相接地的继电保护技术分析
水 轮 发 电机 定子 单 相 接 地 的继 电保 护 技 术 分 析
罗 民 垒
（ 国网西 藏 电力有 限公 司 巴河 发 电公司 ， 西藏 林 芝 ８ ６ ０ ０ ０ 故障 是水 轮发 电机 最为 常见 的一 种 故障 ， 主要 是发 电机 定子 绕组 和铁 芯 间的绝 缘 被破 坏 所致 。因此 ， 采用 科 学
１ 老 虎 嘴 水 电 站 水 轮 发 电 机 概 况
老虎嘴水电站的装机容量 １ ０ ２ ＭＷ ， 已 经 安 装 了 ３台 单 机
情况下 ， 如果 发电机 的对地 电容加 大 ， 会 使得接 地故 障 电流加 大， 容易烧毁 铁芯 ， 保护 出口就 只能 动作于瞬时跳 闸 ， 并 冲击整
仍 然 存 在 烧 毁 铁 芯 的风 险 。
３ 水 轮发 电 机 定 子 单 相 接 地 的继 电保 护 技 术 实现
基 波 零 序 电 压 和 三 次 谐 波 电 压 两 项 技 术 已 经 在 水 轮 发 电 机 中得 到 广 泛 的 应 用 ， 而 在 引 进 国外 机 组 后 ， 外 加 电源 式 的 定
子单相接地继 电保护技术也 日益完 善。随着微机保 护的发展 ，
不 断 研 发 和 形 成 了新 型 的 继 电 保 护 技 术 ， 如 小 波 变 换 保 护 技 术
负序过 负荷 、 转子接地 、 失磁 、 轴 电流 、 励磁变 时限速 、 励磁变 压 器 过流及 温度保 护 等。对发 电机差 动 的保 护将发 电机 纵差 保 护作为 主保护 ， Ｃ Ｔ断线检测功能允许差 动保 护动作 ， 保护无 延
时动 作 于停 机 ， 且同时发信号¨ 】 Ｊ 。 对 发 电机 定 子 绕 组 单 相 接 地 的保 护 ， 要 与 发 电 机 并 网前 后 动 作 准 确 相 符 ， 保 护 出 口 动 作 于 停机 ， 且 同 时 发 信 号 。对 电 流 记 忆 低 电 压 过 流 的 保 护 ， 保 护 装
发电机定子接地保护动作分析防范措施
一、前言发电机定子接地故障是最常见地发电机故障.发电机定子接地后,接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路.当接地电流较大时,能在故障点引起电弧,造成定子绕组和定子铁芯烧伤,甚至扩大为相间或匝间短路.对于100MW及以上地发电机,特别是水内冷机组,考虑中性点附近定子绕组可能漏水引起绝缘损坏,要求装设保护区为100%、灵敏性高地定子接地保护.当电厂发电机定子接地保护动作时,现场运行及检修人员应及时掌握发电机一次设备及保护动作信息,并立即进行分析、判断和处理,确保机组安全稳定运行.1、发电机定子接地电流允许值二、事件简述事件1、2003年8月29日13时29分, #2发变组保护运行中突发“定子接地”信号光字牌,13时31分,发电机定子保护动作跳闸与系统解列.事件2、2008年03月01日01时56分,#1发变组突然跳闸,首出“定子接地”保护动作,汽机联跳,炉MFT动作.事件3、2008年12月5日03时17分#1机G盘发“定子接地”报警,检查发电机一、二次设备无明显异常,核对发电机各一、二次电压也未发现异常.三、事件处理情况事件1此次发电机解列,检查为电厂发电机定子接地基波保护动作,这是公司发电机定子接地保护第一次动作.电气人员在负责生产地领导现场指挥下,检修运行人员分成两批人员,按照发电机一、二次设备立即投入查找.继电保护人员核对、校验保护装置定值正常,同时检查发电机定子接地二次回路也正常；高压、运行人员对发电机本体、机端、中性点及发电机封母、PT、CT、避雷器及其附属设备外观进行了检查,没有发现明显异常.为尽快找出设备故障原因,确认发电机能否及时恢复运行,电气负责人员在没有找出具体故障位置采取了以下检测方法：利用励磁调节器（型号：SWTA,上海华通开关厂）工频柜,缓慢对发电机手动升压至5KV(发电机出口额定电压为20kV,)分别测量发电机电压互感器(20/0.1kV)二次电压,在发电机低电压工况下,查找设备故障点.发电机各组PT地测量结果见表1：发电机出口侧PT开口二次电压：L622--B600=9V；发电机中性变压器二次电压：S601--B601=10V.表1：发电机各组PT二次电压值注：A、B、C单相电压均为对相应绕组N600测量值从测量结果,可以初步判断一次设备经过渡电阻接地.重新对所有发电机一次相关设备进行复查,在检查发电机PT发现A相三组PT（在一个柜内）时,PT柜内存在异味,用测温仪测量A相3YH PT线圈外壳及铁芯,温度明显比1YH、2YH高出10℃左右.高压电气设备内部热故障主要原因包括：设备发热时间长而且较稳定,与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递,使局部温度升高,破坏了密封地绝缘材料或金属外壳.通过检测其周围材料地温升来判别高压电气设备地内部故障,故初步认为发电机A相3YH（励磁专用）存在绝缘损坏故障.将故障PT拖出柜外后,再用励磁调节器地手动调节方式缓慢升压到5kV,测量其余各组PT二次电压正常,并检查发电机一次设备无异常后,将发电机电压升至额定值20kV,于15时37分将#2机与系统并网.从发电机因保护跳闸到恢复并网整个处理过程约2个小时.事件2发电机保护动作时间在凌晨,时间较为特殊.电气值班人员接到电话后,首先检查发变组及录波器地报告,并立即派人检查发电机本体、发电机机端、中性点、封母附近设备,测量发电机对地绝缘为0,最终发现在发电机机端出线处,励端定子冷却水回水信号管法兰面滴水,落在发电机出线盒上并渗入出线盒内部,导致发电机A相出线绝缘波纹板对地放电击穿.发现故障点后,电气专业立即组织人员对绝缘受损部位进行处理,并联系汽机专业对励端定子冷却水回水信号管法兰面进行紧固、消漏.用绝缘橡皮垫在法兰下部,避免出现再次漏水影响.待运行做好安全措施后,打开发电机出线盒盖板,用干抹布清除积水,并用酒精清理A 相出线绝缘波纹板地电弧灼伤部位,清除灼伤部位碳化物,并涂刷绝缘清漆以填平灼伤部位.处理完毕后,摇测对地绝缘值由处理前地零升至20GΩ,绝缘合格后,恢复发电机出线盒盖板、拆除安全措施.发电机转热备后,利用励磁调节器C柜（型号：GEC-1,北京吉思电气有限公司）缓慢升到发电机电压到5kV后,测量发电机PT二次电压正常,并检查发电机一次设备无异常后,将发电机电压升至20kV,再次确认机组各参数正确无误,各组PT开口3Uo正常,现场无放电声音及冒火等异常后,按照正常并网步序将发电机并入系统.事件3#1机G屏突发“发电机定子接地”光字牌,检查发变组保护A、B屏“定子接地3ω”信号报警灯均亮（定子接地三次谐波保护出口方式投信号）.检修人员随后对一二次设备进行了相关检查未发现异常.由于一时未找到故障原因,发电机一直在运行,只能暂时加强对发电机机端、中性点等设备地巡视,加强对发电机电压特别是零序电压地监视.继电保护人员随后对所有运行机组地发电机机端零序电压（含三次谐波）、中性点开口电压进行了测量和分析,具体数据见表 2.通过比较得出,#1发电机中性点地三次谐波电压S601对地有3V左右,但与B601之间电压却只有0.1V左右.表2：发电机机端、中性点零序电压随后,用高压验电笔测量出中性点接地变压器(变压器变比为20/0.23KV)引出线有电,显示值约为700V,即二次电压应为3V左右.因此怀疑#1机发电机中性点接地变压器或电阻可能出现故障.断开中性点隔离刀闸,确认定子接地三次谐波压板退出,做好相应地安全隔离措施,发出《#1机发电机中性点接地变压器及回路检查》电二种票.电气检查人员对接地变压器及并联电阻进行检查,未发现异常.进一步检查发现接地变压器二次线到接地电阻经隔板固定地接头处有生锈松动现象（见故障点3）,紧固连接螺栓后,将接地变压器投入运行,测量中性点开口三次谐波电压(S601对B601)有3V 左右,此时发变组保护A 、B 屏定子接地三次谐波报警信号已消失.四、事件分析 事件1：发电机机端A 相经过渡电阻Rf 发生接地故障：BA小大图1：发电机机端侧经过渡电阻接地C（1）当Rf=∞,没有发生接地故障时,发电机中性点O 即为地电位（见图1）,3U0为发电机正常运行情况下地基波零序电压值,接近于0；（2）当Rf=0时,A 相发生金属性接地故障时,地电位即为A 相机端,此时3U0=-αEA =EA ； 式中EA 为发电机A 相电动势,α为故障点距中性点地距离（全绕组为100%）百分数,因为机端金属性接地故障点,故α=1.（3）当0<Rf<∞时,地电位G 为AO 为直径地半圆上,Rf 减小,G 点沿圆弧逆时针旋转；Rf 增大,G 点沿圆弧顺时针旋转3U0=1/3(UA+UB+UC) =1/3(AG+BG+CG).公司发电机定子接地保护零序电压取自机端三相电压互感器地开口三角形绕组.正常运行时,机端开口三角不平衡电压有基波和三次谐波,其中以三次谐波为主（可参考表2数据）.当高压侧发生接地故障时,高压系统中地零序电压通过变压器高、低绕组间地电容耦合传给发电机,可能超过定子接地保护地动作电压.发电机定子接地基波零序电压保护定值为15V(发电机母线接地时PT 开口三角电压为100V),本例中发电机A 相PT 由于某种原因（如受潮、受热）绝缘损坏,引起发电机一次A 相不完全非金属性接地(故障点1)时,3U0达到发电机定子接地基波动作定值,保护延时跳闸解列发电机.发电机PT第一个绕组1YH为发电机匝间保护专用PT,该PT一次中性点并没有接地,而图2：PT接线及定子接地保护接线图是与发电机中性点直接连接（见图2）.本次发电机A相3YH PT定子不完全接地故障时,相当于一次系统出现了对地零序电压3U0,发电机中性点电位相应升高到3U0,因此1YH开口三角形绕组输出应仍为0（即发电机匝间保护不会启动）,发电机各相电压对本绕组N600地电压也维持对称,即1YH测量A、B、C三相对本身绕组地N600电压幅值相等.事件2：发电机定子接地保护接入地基波3U0电压,取自机端PT开口三角绕组,基波保护范围为由机端至机内85％左右地定子绕组单相接地故障,与三次谐波保护合用,组成发电机地100％定子接地保护.从本次发电机定子接地保护动作报告及发变组故障录波器事故报告显示,A相绝缘受潮损坏,支撑绝缘波纹板绝缘瞬时击穿至零序电压突增至26.13V.定子接地保护动作时,基波开口三角电压值3U0达52.34V,其零序电压远远超过定子接地保护定值3U0=15V.同时表明本次发电机定子接地基本上是金属性接地.在发电机机端出线处,励端定子冷却水回水信号管法兰面漏水,落在发电机出线盒上并渗入出线盒内部,造成发电机A相出线支撑绝缘波纹板绝缘降低对地放电击穿.因此这是一起典型地一次设备绝缘受损击穿引起保护动作事件.事件3：发电机气隙磁通密度地非正弦分布和铁芯饱和地影响,其定子绕组中地感应电动势除基波外,还含有三、五、七次等高次谐波,以E3表示发电机每相绕组地三次谐波电动势.如图3所示,假定发电机每相绕组对地电容Cg分成相等地两部分,分别集中在发电机地中性点和机端侧；将发电机端部引出线、升压变压器、厂用变压器及电压互感器等设备每相对地电容Cs也等效集中在机端.则：（1）发电机中性点绝缘时,发电机正常运行时机端与中性点三次谐波电压之比为：US3/UN3=Cg/(Cg+2Cs)<1；（Zn=∞,相当于断开）（2）发电机经配电变压器高阻接地时,US3/UN3= ZS3/ZN3=d, Zn大小不同,则比值d也不相同,但一般认为Cg、Cs、Zn现场值是基本不变地,则US3/UN3地比值也就确定下来.（3）不论发电机中性点是否接有消弧线圈,当距发电机中性点α处发生定子绕组单相接地时,中性点N与机端S处地三次谐波电压恒为：UN3=αE3US3 =(1-α)E3见图4.选用US3动作量,UN3作为制动量,组成发电机定子接地100%保护,当发电机中性点附近发生接地时,三次谐波保护具有较高地灵敏度.公司300MW机组发电机中性点经配电变压器接地,并网前（发电机空载试验）与并网后测得地三次谐波US3/UN3地比值在0.6～0.75范围内,定值整定为0.9左右,（厂家按照 1.2倍可靠系数进行整定调试）.从发电机正常运行时,US3/UN3地比值也基本在0.6～0.75附近波动.本例中发电机虽没有发生中性点接地故障,但因中性点接地变压器引出线松动,制动电压Un3为悬浮电位,制动量电压丢失（发变组微机保护采集地数值很小）,导致US3/UN3地比值大大超过0.9,最终造成发电机定子接地三次谐波保护动作.五、防范措施1、事件1发生后对绝缘受损地发电机A相PT（3YH）进行倍频感应耐压等试验,发现PT泄漏电流严重超标.机组停运后,对其它几组PT也进行了相应地试验测试,发现也有不同程度地泄漏.主要原因为该类PT为分级绝缘型,且PT安装在机0米层,设备绝缘极易受潮损坏.为消除设备隐患,保障主机安全稳定运行,结合机组检修将所有分级绝缘地PT更换为全绝缘型PT.并加强发电机PT地巡检和定期工作,定期测量发电机PT地温度、湿度等.2、事件2发生后,各专业采取了以下措施：电气专业完善了防止定冷水或其它水源进入隔栅通风口地措施,针对发电机出线箱A相出线支撑绝缘波纹板受电弧灼伤,在机组检修时作了进一步处理,更换A相绝缘波纹板.加强其它机组该部位地重点检查,确保回水管绝缘垫材质,保证机组安全运行；汽机专业全面梳理机组励端定子冷却水回水信号管法兰是否紧固,是否存在可能漏水缺陷；运行人员在发电机负荷变化大时控制好运行操作方式,特别是在气温、压力急剧变化情况下注意定冷水系统地检查,严防定冷水温度及压力地异常波动引起法兰漏水现象地再次发生.高电压规程要求发电机出线箱隔栅处设有通风口,事件发生后,要求设备管理人员不能生搬硬套规程规定,而应结合现场地实际,灵活应用落实反措,从而最大程度保证主设备地安全运行.除采取上述措施外:现场要求照明充足便于人员巡检,及时发现设备缺陷,杜绝事故隐患.3、事件事3反映出定期试验及检定工作中存在一定死角.定期工作中应牢记定期试验、检定地三要素：“测绝缘、清灰、紧固端子”,对于发电机中性点经配电变压器接地,除按常规做定期试验检查外,不能遗漏接地变压器及其副方并接电阻地尘土和污垢清扫及连接端子紧固等检验项目；同时要加强设备巡检,如对发变组保护点检工作时,应特别观察记录机组不同运行工况下通道参数地变化和比较,一旦发现异常及时消除.另一方面要加强继电保护人员和运行人员综合素质,提高设备故障时地处理能力.六、结论及建议1、发电机发生故障,伴随保护故障报警和跳闸时,应因根据当时故障信号和保护动作情况,按照相关规程要求,灵活应用,并指定一位熟悉电气人员统一指挥,迅速判断设备故障是一次设备还是二次设备造成,然后按照一、二次设备分别进行检查隔离.同时及时打印保护动作、录波器报告进行分析,逐一对发电机相关设备进行排查,切不可慌乱.2、若机组故障可及时消除,相应保持机组恒速,以方便机组并网；若故障一时不能排除,机组应及时进行停运处理.电气人员应加强对发电机相关设备技术监督和定期工作,掌握同类型机组地故障处理方法,制定相应地防范措施,对存在隐患地设备坚决进行整治和消除,全面提高发电机安全运行水平.3、建议发电机G盘加装发电机相对地电压监视仪表,便于发电机定子接地故障时观察发电机各相电压波动情况,以利于快速、准确查找判断故障设备.4、鉴于公司发电机封闭母线微正压装置不正常长期退出运行,建议结合机组大、中修,对发电机封母内部支撑绝缘子、母线设备进行全面检查及清扫,提高发电机出口绝缘,防患于未然.七、定值整定1、零序电压式定子接地保护地动作电压,应按躲过发电机正常工况下及恶劣条件下发电机系统产生地最大横向零序电压来整定,即Udz0=Krel*U0maxUdz0—零序电压式定子接地保护地动作电压；Krel—可靠系数,取 1.2～1.3 ；U0max—发电机正常运行时地最大横向零序电压 . 影响U0max地因素主要有：(1)发电机地三次谐波电势；(2)机端三相TV各相间地变比及角误差（主要是TV一次绕组对三次绕组之间地比误差）；(3)发电机电压系统中三相对地绝缘不一致；(4)主变压器高压侧发生接地故障时由变压器高压侧传递到发电机系统地零序电压.运行实践表明：最严重时,在发电机系统产生地零序电压可达发电机额定电压地8～10%,即将在机端TV开口三角绕组两端或中性点TV二次产生8～10V地电压.发电机三相绕组对地绝缘固有不一致引起地零序电压,最大为2%,即2V（二次值）.考虑到上述因素,Udz0可取5～15V.2、在正常情况下,中性点地三次谐波电压总是大于机端三次谐波电压；公司发电机中性点经配电变压器接地,整定定值时,应选择发电机并网后,在不同负荷情况下测量中性点地三次谐波电压、机端三次谐波电压值,再设定合适地制动系数,从而可以兼顾保护定值地可靠性和灵敏性.附：发电机变压器组接线示意图T9-。
发电机定子接地保护动作原因与故障处理分析
发电机定子接地保护动作原因与故障处理分析摘要:发电机的主要错误是对静态部件文件进行单阶段校准。
由于发电机的中性点没有受到强烈的阻力或损伤,因此单阶段对静态部件进行校准的错误不会造成一个大的短路,也不会在对静态部件进行电离保护之后产生信号。
但是,如果不加以处理,它会在各种能源系统之间形成一个短电路,导致发电机损坏。
本文分析了对静态部件进行电离保护的问题。
关键词:发电机;定子接地保护;故障处理分析;一、发电机定子接地保护基本工作原理发电机的定子绕组是完全绝缘的，而中性点通常处于低电压时工作，所以接地故障不会靠近发电机。
实际应用表明,由于机械式发电机或水冷却发电机的固定部分泄漏,将在发电机的中性点附近发生单相地面错误。
这也可能是由于多个周期转弯之间的地方宫殿圆圈,在中点附近。
如果这个数字很小,差分保护就无法逆转,误差会继续发展。
最后,靠近中性点的绕组冲破铁芯，导致单相接地故障错误。
如果定子接地故障保护由于死区的存在而没有反应，它将在相间或层间短路中继续扩大，所以中性点工作电压低，不能成为降级对定子接地故障保护无死区要求的关键理由。
定子绕组的接地保护应设置100%的保护范围,故障点不能超出安全电流,而且当定子绕组中任何一个点出现接地故障时,应对其进行充分的保护。
若保护设备的敏感性较差,如果在发生器中点附近有电弧抗蚀剂,就无法提供保护,而且一旦发生在机顶附近的土地故障,中点的电压将会升高,导致一个点的地板失灵,从而产生严重后果。
二是关于继电器的原理。
电力是通过动能和水位能量转换而来，而水流条件、地形条件等都会影响到电力的发电方式，这也是造成火力发电与水力发电不同的重要原因。
发电机与变压器之间的接线是水力发电的主要方式，20MW-100MW是发电机的最大功率区间，通常小于火力发电厂。
为保证一台变压器与多个发电机之间的高效连接，可采取扩展单元接线的方法，并在母线上通过断路器进行并联。
发电机的定、转子保护结构。
大型水轮发电机中性点接地方式的若干问题分析
的消弧线圈电感 L 和串联电阻R 及相应的补偿系 数k。
流经消弧线圈的电流
!RL=
R"+ jphXL =
RUph R2 + X2L
-
Rj X2 L+UXph2L=
IR+ j
IL
流经对地电容的电流
!C=
"ph -j XC
=
j
Uph XC
=
关键词：消弧线圈 配电变压器 过电压 接地电流 定子接地保护 中图分类号：TM312. 07 Abstract This paper discusses several proble ms about t he neutral poi nt grounded by t wo diff erent modes i n detail . For arc-suppressi on coil groundi ng t hese proble ms are anal yZed such as how to choose t he co mpensati on f actor to restrict t he f ault current wit hi n t he saf et y li mit ，t he i mpact of transf erri ng over- voltage on t he sensiti vit y and reli abilit y of stat or ground f ault protecti on usi ng t he Zero-seCuence f unda mental voltage and t he displaci ng voltage on t he neutral poi nt eff ected by t he unbalanced coefficient and saf et y groundi ng current duri ng nor mal operati on . For distri buti on transf or mer groundi ng it can li mit t he over- voltage well ，but i ncreases t he groundi ng f ault current and reduces t he sensiti vit y of protecti on . Two cases of distri buti on transf or mer groundi ng are anal yZed . Key words ：Arc-suppressi on coil ，distri buti on transf or mer ，over- voltage ，groundi ng current ， stator ground f ault protecti on
大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题探究
大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题探究摘要：在目前的大型水电站基础设施系统中，水轮发电机属于非常关键的大型水利发电设施设备。
大型水轮发电机具有比较复杂的发电装置系统组成结构特征，因此大型水电站的技术人员针对水轮发电机必须要严格实施继电保护措施。
具体在实践中，水电站的管理技术人员需要明确大型水轮发电机的继电保护运行实现要点，结合水轮发电机的定子接地方式来进行发电机组继电保护模式的合理选择。
关键词：大型水轮发电机；定子接地方式；继电保护大型水轮发电机组由于受到不同的定子接地方式影响，客观上导致了水轮发电机的运行使用功能存在差异性。
近些年以来，很多地区都在致力于扩大开发水电资源的总体实施规模，因此就会涉及到广泛建设与使用大型水轮发电机。
水轮发电机的定子接地方式将会直接决定发电机的装置运行故障产生概率，水轮发电机的机组管理负责人员应当正确认识不同定子接地方式给水轮发电机组安全运行带来的重要实践影响，运用科学的发电机组安全运行检修技术手段。
一、大型水轮发电机的定子接地方式（一）经消弧线圈的定子接地方式消弧线圈构成了水轮发电机必不可少的基础设施部件，经消弧线圈的发电机组定子接地保护技术手段可以充分保证水轮发电机的正常发电运行，对于降低定子接地运行故障具有明显的必要性[1]。
在目前的现状下，经消弧线圈的大规模水电站定子接地运行实现方式占据较高的比例，而且表现为良好的定子接地安全性。
消弧线圈主要连接于发电机装置的中性点，因此有效避免了单相接地的水轮发电机安全运行隐患产生。
由此可见，经由消弧线圈来连接系统中性点的重要接地处理技术手段值得被推广运用[2]。
1.经配电变压器的定子接地方式经由配电变压器的定子接地安全保护方式能够达到较好的定子接地处理技术效果，对于接地处理过程中的技术实施成本能够进行集约化的利用。
配电变压器构成了连接水轮发电系统与地面的重要媒介设施，配电变压器可以实时改变与调整系统接地电压，阻止了单相接地的危险后果发生。
发电机定子接地保护分析及改进措施
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各点数 值完 全相 等 ， 仅是 不 同接地 点对应 的 大 仅 小不 同 ， 零序 电压 ‰ 可 以取 自机 端 电压互感 器Ｐ Ｚ． Ｔ
Ｊ Ｓ ｔ Ｏ Ｌ Ｕ Ｙ Ｉ Ｇ Ｙ Ｇ 技 术 交 流 与 应 用 Ｉ ＨＵ ＪＡ Ｉ Ｕ Ｙ Ｎ ＯＮ
图３ 中性 点装 有 消 弧线 圈时 发 电机单 相 等 值 为 电路 图 ， 其机 端 、 中性点侧 次谐波 电压推 导如 下 。
不 同之处 在于故 障点 的零序 电压将 随发 电机 内部接
地点 的位 置而改 变
假 设发 电机定 子绕组 为每相 单分 支且 中性 点不 接 地 ， 绕 组 在距 离 中性 点 仅 发 生 单 相接 地 ， Ａ相 处 发 电机 每 相绕 组 由 中性 点 至机 端全 长设 为 １Ｏ 。表示 由 ／ 中性 点 到接 地点 的绕 组 占该 相全 部 绕组 匝数 比例 ， 其值小于等 于１则各相对地电压分别为 ： ， （ ） ； １
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障与处理方法研究
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障与处理方法研究随着我国电力行业的迅速发展，水力发电已经成为其中不可或缺的一部分。
而水轮发电机作为水力发电的主要设备之一，其运行稳定性和安全性也备受关注。
其中，灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障的出现，严重影响了水轮发电机的正常运行和电网的稳定运行。
本文将对灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障的发生原因、分类和处理方法进行研究。
1.定子绝缘老化：灯泡贯流式水轮发电机的定子绝缘材料一般为耐热性能较好的有机材料。
但是，由于长期工作的热量和水力振动，定子绝缘材料容易老化，失去本身的绝缘性能，从而导致定子接地故障。
2.灰尘、潮气、水气沉积：水力发电站所处的环境较为恶劣，空气中的灰尘、潮气、水气等杂质容易沉积在水轮发电机定子绕组上，使绕组表面绝缘阻力降低，从而增加了绕组与地之间的接触面积，容易导致定子接地故障。
3.操作不当：有时，由于人为操作不当，如偶然触摸定子绕组或将带电手工具放在绕组上等，都会导致定子绕组与地之间的接触面积增加，从而产生接地故障。
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障可以分为单相接地故障、两相接地故障和三相接地故障。
1.单相接地故障：单相接地故障一般是由于定子绕组一个绕组与地直接接触导致的。
在单相接地故障出现后，另两相电压正常，但故障相电压降低，并且故障相电流过大，故障相功率因数低于正常值，同时会产生大量的热量。
3.三相接地故障：三相接地故障是指定子绕组中三相与地之间同时发生接地故障。
在三相接地故障出现后，整个水轮发电机将无法投入运行，并且会产生大量的热量。
1.绝缘试验：为了防止定子绝缘老化导致接地故障的发生，需要对水轮发电机定子进行绝缘试验。
一般来说，绝缘试验采用交流高压试验法，试验测试电压通常为1.73倍额定电压，试验时间不少于5分钟。
2.定期清洗：由于工作环境的原因，水轮发电机定子绕组上容易沉积灰尘、潮气、水气等杂质，需要定期对其进行清洗。
清洗时应遵循相应的安全操作规程。
一起大型水轮发电机定子绕组接地故障的处理
２ ０ Ｖ绝缘 电阻表测 Ｃ相 绝缘 电阻 ，其值 为 “” ０ ５ ０；
用 ２０ ５ Ｖ绝；
３ 故 障查找 红外 成像仪 是探测 物体表 面热辐射 的红外线设 备 ，它能 反映物体表 面 的温度 场 。物体与参 照体 的
压试验 。Ｃ相 电压 加至 ２ ． Ｖ时（ ０４ ｋ 试验 电压 应加至 ２ ． Ｖ） ０７ ｋ 绕组发 出 “ ”的一声 ， 啪 发生 绝缘击 穿 。 用
试验 中，试 验二次 侧 电流没有 急剧跃变 ，故 障 点是 通过这 “ 阻值 ” 低 对地 放 电 ， 得在 试验 中 ， 使 一 次侧 电压 忽然 为 “ ” ０ ，二次侧 电流没有 跃变 。因此 ，
行相应 整 改。
受 水位 的限制 ，水 电机 组经 常会在低 水头或 高
一 一
尽职尽 责 ，就一 定 能保 证 电厂设 备及 人员 的安全 。
（ 稿日 ２１ ０ １ 收 期： ００ ４ ６ —— ）
第１ ２卷 （００年第 ｌ 期 ） ２１ １
电 力 安 全 技 术
丝绳 用穿针绑 扎线棒 。
焊锡 倒入搪 头专用工 具 内，将 大焊锡 勺提起 ，缓慢
２ ５ 线棒接地 。 图 １ ｌ号 为接地 的线棒 烧灼点 。
Ｊ
电 安 技 力全 术
第２ ２０第１） ｌ ０年 ｌ 卷（ １ 期
起 型水 轮 荔 屯机 是手 组 耪 地 悻 的处 理
燕 京 ，文建 党 ，金 东 ，赵福 海 ，张晓英 ，王海 生
（ 大唐 碧 口水 力 发 电厂 ， 甘肃 文县 ７ ６ １ ） ４ ４ ２
发电机定子接地保护动作原因分析及故障处理
图 ｌ中 ，ａ 为 接地 中性 点 到 故 障 点 处 绕 组 数 占全 部 电
压绕组匝数的百分数 ，相应地 ，机端到故 障点处 的绕组所
占百 分 数为 （ １ －ａ ） 。 由此可 得 接 地 故 障 发 生 时 中性 点 和机 端三 次谐 波 电压 的近似 关 系 ，即 ：
ｆ ＵＮ ３ 一ｄ Ｅ３
根据现场保护设备动作特性和测量数据 对故 障原 因做 出准确 判断。经现地检 查和 故障处理后 ， ＃２ 机 中性点
接 地 变 压 器二 次 引线 锈 蚀 松 动 故 障得 到 成 功 处理 。
关键 词 汽轮 发 电机 １ ０ ０ 定 子 接 地 保 护 三 次谐 波
０ 引 言
发 电机运行的安全可靠性是 电厂 电网系统稳定经济运 行的重要保障。伴随电厂单机容量的增大 ，发电机定子绕 组对地 电容有 所增加 ，相 应定子单 相接 地 电流也不 断增 大 ，一旦定子发 生单相 接地 故障 ，若保护 动作不 及 时可 靠 ，将威胁定子铁芯安全 ，严重时还会演变成相间或匝间
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ７ — ０ ２
ｌ Ｕ ｓ ３ ＝（ １ －ａ ） Ｅ ３
由式 （ １ ） 可 知 ，当 ａ ≤５ ０ 时 ，满 足 Ｕ ≥ 己 ， ， 即 接
地故障点越接近中性点 ，其保护动作灵敏度越高 。 目前 ，
三 次谐 波 电压 单 相接 地 保护 判 据包 含两 种 。其 常 用 的 保 护
Ｔ
Ｕ ｎ
图１ 定子 单相接地 时三相谐波 电势分布等值简化 电路
其它低 频 电源） 的 注入 式 １ ０ ０ 定 子接 地 保护 。双 频式
１ ０ ０ ％定 子 接地 保 护 主要 由基 波 零 序 电 压 保 护 和 三 次 谐 波 电压 保 护组 成 。 基 波 零序 电压保 护 主 要 保 护 定 子 绕 组 ５ 部 位 到机 端
水轮发电机定子单相接地的继电保护技术分析
州抽 水 蓄能 电厂 的 水 轮 发 电机 组 ， 保 护非 常谨 慎 ， 其
为 了使定 子 免逃 破坏 ， 时避 免护 零 序 电 保 护 配 合 构 成 １０ 接 ０％
原理 和 影 响 其 保 护 动 作 的注 意 因素 进 行 了分 析 和 评 述 ， 时 对 注 入 式 保 护 做 了介 绍 ， 同 最后 对 前 述 相 关 内容 以及 后 续
研 究做 了结 论 和展 望 。
关键 词 ： 轮 发 电机 ； 子单 相 接 地 ； 电 保 护 水 定 继
Ａ ｂ ｔａｃ ： ｓ ｒ ｔ Ｔｈｅ ｐ ｉ ｉ ｅ ｔ ｅ ｒ ｆｓｎｇｅ— ｐｈ ｓ ａｔ ｉ ｇ ｐｒ ｔｃｉ ｎ ｏ ｄｒ ｕｉ ｅ ｅ ａｏ ｔｔ ｒ ｎ ｉｓ ｒ ｌｖ ｎ ｏ ｔ ｎ ｓ ａｅ ｒｎｃｐｌ ｈ ｏ ｙ ｏ ｉ ｌ ａ ｅ ｅ ｒｈ ｎ ｏｅ ｔｏ ｆｈｙ ａ ｌｃ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｓａｏ ａ ｄ ｔ ｅｅ ａ ｔｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｌｚ ｄ． Ｔｈ ｅ ｔａ ｏ ｎ ｏ ｄ ｐ ｔｅ ｎ ａ ｄ ｗｏ — ｆｅ ｅ ｃ ｒ ｕｎ ｒ ｔｃ ｉｎ ａｅ ｔ ｏｃ ｅ ． Ｔｈｅ ｓ ｈｅ ｓ ｆｒ ｓｎｇｅ — ｎａｙ ｅ ｅ ｎ ｕｒ ｌｐ ｉ ｔｇ ｕｎ ａ ｔｒ ｎ ｔ ｒ ｒ ｑｕ ｎ ｙ ｇ ｏ ｄ ｐ ｏｅ ｔｏ ｒ ｈｅ ｆ ｕｓ ｓ ｃ ｍｅ ｏ ｉ ｌ ｐｈ ｓ ａ ｔ ｎ ｆｈ ｄ ａ ｌｃｇ ｎ ｒ ｔ ｒｓａ ｏ ｒ ｓ ｕｓｅ ａ ｅ ｅ ｒｈｉｇ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｅ ｅ ａ ｏ ｔｔ ｒａ ｅ ｄｉｃ ｓ ｄ，ａ ｄ ｈｅ ｎ ｗ ｖ ｌｐｉ ｒ ｎ ｒｔ ｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｄｅ ｅ ｏ ｎｇ ｔｅ ｄ ｆ ｈｅ ｓｎｇｅ— ｐ ｓ ａｔ ｉ ｇ ｉ ｒ — ｏ ｈａ ｅ ｅ ｒｈ ｎ ｓ ｐ ｅ ｄｉｔｄ ｌｓｌ ｃｅ ａ ｔｙ．
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障分析与处理
灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障分析与处理摘要水轮发电机是水电厂发电系统中的重要组成部分，针对目前水电站中比较常用的灯泡贯流式水轮发电机运行中容易出现的定子接地故障，分析其产生原因和特点，并针对这些原因提出了相应的处理方法以及其运行中的保护方法，以供参考。
关键词灯泡贯流式；水轮发电机；定子接地故障；分析与处理前言在目前低水头大流量的水电站建设中，通常选用的是贯流式水轮发电机组，并且将发电机组安装在密封的、外形类似灯泡的壳体中，并且将水轮机安装在灯泡的插口处的发电机组称之为灯泡贯流式机组。
此种水轮发电机组具有较为广泛的水头使用范围，以及较大的发电效率。
但是在目前水轮发电机组的装机容量不断增加且机组参数也不断增大的形势下，水力发电的压力也不断增加，使得定子绕组的电容量随之增加而单相接地的保护措施的灵敏度且不断下降。
这就会导致在单相接地电流走量不断增加的同时，降低定子铁芯的安全功能，从而导致故障的发生而造成危害。
就需要针对其特点对其原因进行分析，然后采取相应的措施进行处理。
1 水轮发电机的故障分析和处理由于灯泡贯流式水轮发电机的体积较大、结构也较为复杂，因而影响其正常运行的因素也较多，不仅会受到其自身结构中的机械、电气以及燃料部分的影响，而且会受到运行环境中天气等自然因素的影响。
这就需要在掌握水轮发电机工作原理和性能的基础上，针对其运行中不同故障原因和影响因素进行分析，尤其针对其运行中比较常见的定子接地故障的不同原因，采取相应的方法进行处理。
1.1 水轮发电机工作超负荷问题的分析和处理水轮发电机运行中工作超负荷的现象比较常见，其主要是指其电机中的工作电流为额定电流的1.1倍及以上并且发电机发出相应的警报的现象，此时就证明发电机已经处于超负荷运行的状态。
此时就需要针对警报情况和位置对故障原因进行查找，如果经过检查检查之后没有发现设备运行中的异常现象，为了对故障原因进行深入分析，就需要对电流的磁力流量进行减少，在发电机不做功的情况下对其电流是否达标的情况进行检查，此时如果工作电流仍然超出额定电流，就需要通过降低电机的负荷来对此问题进行处理。
水轮发电机定子接地故障分析及处理
5 结语
本 次 事 故 信 号 上 位 机 报 100% 定 子接 地 ，现 地 实 际 为 80% 定子接地，上位机的信号不能正确反映实际情况，应及时校对 更改这类信号。另外，由于厂内设备已运行多年，根据机组PT 已出 现 间 歇 性 故 障 导 致 跳 机 的 情 况 ，今后 需 对 影 响 机 组 发 电 的重要设备和元件进行定期预防性试验，以尽可能发现异常， 一旦发现异常要及时更换处理，确保发电设备运行可靠。同 时，应制定相应的应急处置预案，定期开展反事故演习活动， 提高现场人员快速处理事故的能力和水平。
76
Shebei Guanli yu Gaizao◆设备 Nhomakorabea理与改造
险进行测量，发现3# PT B相保险熔断，更换新配件。 （3）断开机组出口开关，拉开甲刀闸等，用摇表2 500 V档
在 PT 高 压 侧 或 发 电 机 中 性 点 接 地 刀 闸 处 摇 定 子 三 相 绝 缘 均 正常。
（4）经 检 查 发 电 机 的 励 磁 变 、出 口 PT 等 外 围 设 备 一 次 侧 不存在接地点。
关键词：发电机；定子接地；基波零序电压；三次谐波电压
1 设备概述
某水电厂发电机为300 MW混流式机组，额定电压为18 kV， 发 变 组 保 护 采 用 WFB-805A 微 机 型 发 变 组 保 护 装 置 ，发 电 机 接地方式为经消弧线圈接地，定子接地保护采用双频两段式 保护，由基波零序电压保护和三次谐波电压保护组成。基波零 序 电 压 保 护 可 以 保 护 定 子 绕 组 的 80 % 左 右 ，三 次 谐 波 电 压 保 护实现定子其余部分的保护。
图2 定子单相接地时U0与a的关系曲线
图4 中性点电压Un3和机端电压Us3随故障点a的变化曲线
水轮发电机定子绕组单相接地故障分析
水轮发电机定子绕组单相接地故障分析发表时间：2019-09-05T10:35:18.303Z 来源：《中国电业》2019年第09期作者：李玉成[导读] 期望通过本文的研究能够对水轮发电机运行可靠性的提升有所帮助。
英德市白石窑水电厂广东清远 513000摘要：定子绕组作为水轮发电机的重要组成部分之一，如果发生故障，尤其是单相接地故障，则会对整个机组的正常运行造成影响。
基于此点，文章从水轮发电机定子绕组单相接地故障的危害分析入手，详细论述了水轮发电机定子绕组单相接地故障及保护方案。
期望通过本文的研究能够对水轮发电机运行可靠性的提升有所帮助。
关键词：水轮发电机；定子绕组；单相接地；故障；保护1水轮发电机定子绕组单相接地故障的危害分析水轮发电机是一种大型的发电设备，定子绕组是该设备的重要组成部分之一，在水轮发电机运行的过程中，定子绕组常常会发生单相接地故障，这是较为常见的电气故障。
当发电机的定子绕组出现单相接地之后，若是保护未能正常动作，则会使非故障相绕组的对地电压随之升高，变为线电压，这样一来，极有可能造成定子绕组绝缘中较为薄弱的部位出现接地，进而形成两点接地短路，一旦发生短路，会导致事故范围进一步扩大。
不仅如此，在单相接地故障发生后，从故障点处流过的电容电流会产生电弧，受到电弧的影响，定子铁芯可能会烧损，从而引起匝间或是相间短路，容易造成发电机严重受损，短路电流越大且持续的时间越长，发电机受损的程度就越严重。
鉴于水轮发电机定子绕组单相接地故障的危害性，必须在故障出现时，采取合理可行的方法和措施，对故障进行处理，争取在最短的时间内消除故障，使水轮发电机恢复正常运行，以此来降低故障损失。
2水轮发电机定子绕组单相接地故障及保护方案2.1故障问题某水电站中的水轮发电机组在运行的过程中，监控系统发出如下提示：A、B盘发电机保护定子接地保护动作，总出口动作、电气事故停机。
当机组出现故障后，通过对故障录波进行查看发现，保护动作为A、B套定子接地保护，从录波波形中可以获悉机端开口三角电压故障时的电压值为12.74V，经过0.5s的延时之后正常跳闸。
论发电机常见接地保护的方式及问题
论发电机常见接地保护的方式及问题摘要：针对大型发电机采用100%注入式定子接地保护和定子接地保护的原理进行介绍，并对两种方式检测、安装及整定时应注意事项及易出现的问题进行了分析。
关键词：大型发电机；注入式；定子接地保护；安装及整定1引言近年来，我国火力发电事业的迅猛发展，装机容量的逐步提高，越来越多的火力发电设备单机容量逐步增大，发电机定子绕组对地电容也相应提高。
目前很多发电机大都采用变压器电阻接地方式（又称高阻接地方式），并装设注入式定子单相接地保护。
通过实验证明，这种保护的灵敏度与发电机的工况无关，与接地位置无关，更具优势的是还可以检测接地过渡电阻逐渐降低（绝缘渐变而不是突变）的接地故障。
另外很多电厂采用配备了大量微机发变组保护。
运行情况来看，发变组保护经常动作，其中发电机定子接地保护是动作次数较多的保护。
在这些微机发变组保护中，定子接地保护原理基本上是采用基波零序电压和三次谐波电压构成100%的定子接地保护。
2注入式定子接地保护原理发电机在正常情况下，外加电源注入到接地变压器一次侧，生成电容性电流。
当定子绕组出现一点接地，注入电压、电流都将发生变化，注入电流将出现电阻性分量。
保护装置通过检测接地变压器二次侧的20Hz电压、电流信号，不难得到接地过渡电阻RE的二次值RE，sec；注意，式中的电压、电流需滤除基波、3次谐波，并进行适当的补偿。
通过判定RE，sec值即可判定是否发生接地故障和接地故障的严重程度。
实际应用时有高低2个定值，高定值用于延时报警，低定值用于延时跳阐。
3定子接地保护的原理现在微机保护中定子接地保护原理一般都是由基波零序电压和利用三次谐波电压构成100%的定子接地保护。
零序电压取自发电机中性点TV二次值，也可从消弧线圈的副边取得。
正常运行时，不平衡电压有基波和三次谐波，其中以三次谐波为主。
3.1基波零序电压所构成的85%～95%的单相接地保护正常情况下，发电机三相电压中基波零序电压3U0很小，当定子绕组单相接地时，就会出现3U0。
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大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析
摘要：本文分析了定子中性点接地方式在中国大型水轮发电机，单相接地继电
保护存在问题的原则。
分析了配电变压器中性点接地方式及消弧线圈接地的优点
及各自的缺点，探讨了电流双频率保护的原理及故障的原因及相应的预防措施。
注入保护及新技术的应用发展。
最后对大型水轮发电机定子接地保护技术进行了
总结和展望。
关键词：水轮发电机；定子单相接地；中性点接地方式；继电保护；故障诊
断
1引言
中国水电资源开发的规模空前扩大，大型水轮发电机作为一种重要的电源点，将更加广泛地应用于电力系统。
绝缘损坏引起的定子单相接地故障是大型水轮发
电机的常见故障，约占定子故障总数的70%～80%。
当定子绕组为单相接地时，
故障电流幅值和暂态过电压及保护方式与发电机中性点接地方式密切相关。
当发
电机定子单相接地时，接地电流由故障点、接地电容和三相定子绕组组成。
定子
电流的大小和持续时间将直接影响定子铁心的烧毁程度。
目前，在定子接地保护安装大型水轮发电机组有2种：接地故障信息作为接
地保护的100%标准双频率，包括基波零序电压保护和3次谐波电压保护；外部
注入保护交流电源信号的基础上。
保护动作分为2种：一种是直接作用于跳闸停止，另一种是作用于信号，故障单元在传递负载后再平稳停止。
大型水轮发电机
定子单相接地保护装置涉及的许多内容是复杂的，和存在的问题，发展中的问题，如在大型水轮发电机定子中性点接地方式，单相接地保护的新技术，进行了深入
的分析和评论。
2水轮发电机中性点的接地方式
水轮发电机定子单相接地故障的定子和发电机中性点接地方式的损伤程度的
电流密切相关，需要考虑2个问题：接地电流会造成故障扩大，将会影响到定子
铁心的烧伤程度的大小和持续时间；接地故障的绝缘定子的其他位置的瞬态过电
压所造成的损害，可能导致接地故障的发展阶段或匝间短路故障。
水轮发电机的三相对电容大于汽轮发电机，单相接地电流较大。
中性点经消
弧线圈接地补偿流过地面以不超过允许值的电容电流，从而限制了短路电流，使
保护只能停止信号由调度负荷转移，当然，也可以对动作的直接影响。
发电机和
主变压器单元接线或扩大单元接线方式下的补偿方法的选择（K＜1），从而限制
了主变压器和辅助单相变压器低压侧接地传递过电压的高电压侧，避免零序电压
保护误动。
高阻接地方式对变压器高压侧故障暂态谐振过电压和过电压转移影响有限。
当中性点附近绝缘水平下降到一定程度时，大型水轮发电机的保护可以正常运行，但高阻接地在一定程度上降低了保护灵敏度。
此外，由于高电阻接地的单相短路
电流非常大，从保护信号到发电机停止退磁的过程中，短路电流仍然存在，仍有
可能烧坏定子。
3基波零序电压保护
现代大容量汽轮发电机通常由发电机变压器单元接线，高压或超高压电网直
接连接，因为没有电气连接的发电机和其他系统部件之间，接地电容电流相对较小，通常基于零序电压保护。
基本零序电压型保护是指在单相接地时，通过检测
机器端部或中性点的零序电压来判断接地故障。
假定接地发生在定子绕组距中性
点的距离上，α代表绕组从中性点到故障点到总绕组匝数的百分比，如图1所示。
则机端各相对地电压U•dA、U•dB、U•dC为
U•dA=（1-α）E•A（1）
U•dB=E•B-αE•A（2）
U•dC=E•c-αE•A（3）
因此故障点的零序电压为
图1定子单相接地电路图
计算公式表明，零序电压故障点随故障位置的不同而发生变化。
当发生单相
接地，两开口三角电压互感器端子接100V的输出电压，零序电压故障点可以表
示为U D0（α）= 100α（V）（5）为三相发电机绕组电容不完全对称。
当运行中
性点位移电压存在时，该方案在中性点附近有保护死区，且受保护区附近的过渡
电阻接地灵敏度不高，故需要和其它原理共同构成100%接地保护。
实际测试表明，不平衡零序电压可能超过10V时，发电机在正常运行时，电
压互感器饱和，有时甚至超过20V。
三谐波过滤器设置在中继，可以减少设定值，使其能够反映基波零序电压和提高灵敏度。
保护的使用也要检查高压侧系统或高
压单相变压器低压系统采用零电压转换耦合电容接地，这可能会导致零序电压保
护误动，通常的方法是从电压整定值和延时两系统接地保护。
4 3次谐波电压保护
4.1保护原理
在水轮发电机的正常运行中，定子绕组的感应电动势包含3次谐波电位2%～10%的E3。
3谐波电压保护是基于单相接地故障，发电机中性点3次谐波电压
un3在机器US3振幅变化端，3次谐波电压不同构成保护判据。
在正常操作的
un3 > US3靠近中性点，但定子接地，可以消除中点附近死区，基波零序电压保护。
3理论的水轮发电机定子谐波电压分布分析汽轮发电机规范和严谨，但定子与同
一原则的保护，即接地保护的3次谐波电压的单位不同，α＜50%，30 > un3，和
接地保护动作接近中性点，保护的灵敏度高。
保护装置需要2组电视机，机器末端的3谐波电压取自发电机电视的开三角
形绕组，中性点的3次谐波电压取自发电机中性点电视或消弧线圈。
事实上，该
判据可以独立于100%定子接地保护完成。
但是，当单位容量进一步增大时，该
判据会降低单位接地电容的保护灵敏度。
水轮发电机定子多分支绕组，3绕组谐
波绕组电势分布和分支构成的E3连接形式，所以等效电路的分析，只有在un3
和US3的每一个具体的单位，对具体工作的计算和分析是非常复杂的，因为3次
谐波电压保护并不完全适用于水轮发电机。
4.2保护误动分析
当发电机的启动和停止、运行方式变化很大，这un3和US3会发生较大的变化，这将导致3次谐波电压保护误动作。
造成误操作水轮发电机的运行方式的变化，主要是因为3次谐波的各种动作方程可能保护操作模式适合在难以确定un3
和3的比例标准与操作条件的改变，并没有一定的变化。
有一个缺乏准确的分析，我们un3随工况变化和调整系数的变化理论，很难满足无误和高灵敏度的要求，
也改变励磁电流会引起3次谐波电势变化，从而解决问题是改变形式标准。
5大型水电机组转子接地保护实现方式
大型水电机组转子的额定电压比较高，可能超过500V，较高的功率和明显的
交流成分，直接取出是危险的，电缆不易选择。
为了解决上述问题，国内一些大
型水电工程的设计、转子接地保护和失磁保护转子电压测量及相关附件安装在励
磁系统，励磁系统安装大功率电阻，转子电阻分压器远程访问保护屏柜后的发电机，转子在发电机屏柜中实现接地保护功能。
在发电机转子绕组的身体发生接地故障，转子接地保护可准确测量接地电阻值，但在长电缆发生接地故障时，不再满足转子一点接地的方程，无法准确测量
接地电阻，并能准确地测量。
因此，存在一些缺陷。
为了解决上述问题，建议大
型水轮发电机转子接地保护安装在室内的励磁系统，转子电压损失的保护由发射
机应该被转移到接入发电机保护装置，避免长距离高压电线电缆、励磁回路的简化，也节省了远距离高电压控制电缆的成本。
6结语
大型水轮发电机定子单相接地安全保护涉及的内容很多，保护结构相对完善
需要严格的科学论证。
在可靠性和灵敏度的3谐波保护存在很多问题，难以解决，外部注入保护功率信号逐渐取代3谐波保护的趋势，具有广阔的应用前景，在一
定程度上代表了大型水轮发电机定子接地保护的发展方向。
参考文献：
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