察尔森水电站2号机组定子单相接地故障分析与处理

王明臣

（水利部松辽水利委员会察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400）

1 问题

水轮发电机定子接地故障对于水电站来说，是一个非常严重的问题，必须按照技术规范要求，将发电机转子吊出，查出接地点，更换接地受损线圈，此过程相当于机组一次大修，工期长，费用高。但在水库急需泄洪的特殊情况下，采用非常规技术手段对定子接地线圈进行处理，便于水轮发电机组在短时间内恢复并网运行，对急需泄洪的水电站来说意义非常重大。2020 年11 月11 日，察尔森水电站在泄流发电过程中，2 号机组突然出现定子接地故障，造成水轮发电机组故障停机。此时察尔森水库水位365.10 m,蓄水量10.431亿m3，已超过正常蓄水位，需要水电站最大泄流，而2号机组的故障停机给察尔森水库正常泄流造成严重影响。

2 故障分析

2.1 故障判断

在设备生产厂家无法安排技术人员前来处理的情况下，察尔森水电站技术人员凭借多年工作经验，在不进行转子吊出的情况下，解除2 号发电机三相出口母线接线和中性点装置，拆除上、下挡风板，找出ABC 三相定子线圈的各自走向，用绝缘表分别检测ABC 三相线圈绝缘情况。经检测，A，B 两相线圈绝缘均正常，而C 相线圈电阻为“零”，说明C 相线圈接地，发电机属于定子线圈单相接地故障。

2.2 确定接地点

确定发电机属于定子单相接地故障后，采用“直通电流”方法，在定子线圈C 相出口断开处串连200 W 灯泡作为负荷，将交流电流直接输入C相线圈，结果灯泡发光，这说明C 相确实存在接地现象。技术人员使用“钳形电流表”分别测量C 相每匝线圈端部电流，有的线圈有电流通过，有的线圈电流指示为“零”，这说明从发电机出口至有电流通过的线圈为接地故障线圈，其他线圈正常。为了进一步确定线圈接地点位置，将有电流通过的末端线圈和与其相邻的没有电流通过的线圈端部切断，再使用绝缘表分段测量各段线圈绝缘情况，经过测量可以准确地判断出被分割出来的线圈存在接地，而且接地点在定子线圈内部，不在端部。

3 接地线圈处理

水轮发电机定子线圈接地故障处理是相当关键的，常规方法必须将发电机转子吊出后才能对故障线圈进行更换，此过程相当于机组一次大修，工期长，费用高。察尔森水电站技术人员经过认真研究和分析，提出在不吊发电机转子的情况下，采用新工艺“跨接方式”对定子线圈接地故障进行处理，即采取短接的方式，将故障线圈隔离出来，再通过焊接手段将其他正常线圈组成独立完整回路。采取“跨接方式”处理发电机定子线圈接地故障，工序复杂，难度大、精度高，而且还要克服空间狭小等不利因素。首先，线圈切断。发电机定子线圈是由多组线圈镶嵌在定子铁芯内部，各组线圈首尾相连并排在一起，将故障线圈切断而不损坏其他线圈难度很大，技术人员使用角磨机利用线圈缝隙将故障线圈切断。其次，线圈焊接。故障线圈切断后，使用风焊将正常线圈连接的过程中会产生高温、火花，极易对其他线圈造成损害。焊接人员利用阻燃材料石墨垫将其他线圈完全隔离，采取点焊手段将线圈首尾相连。最后，线圈处理。线圈绝缘处理更是关键环节，采用酒精清洗焊接点，涂抹环氧温室固化胶，用桐马环氧粉云母带和聚酯纤维带对焊接点进行多层包扎，最后涂抹环氧晾干红磁漆，达到厂家技术要求。目前国内使用“跨接方式”处理发电机定子线圈接地故障只在小型发电机上使用过，在3 200 kW 以上大型发电机上使用还处于尝试阶段。

4 处理结果分析

察尔森水电站2 号机组定子线圈接地故障采用“跨接方式”处理后，用2 500 V 绝缘表测量，定子线圈绝缘电阻：

经计算，吸收比大于1.3，合格。

经计算，不平衡度为0.68%，小于2%，合格。

将以上各组数据传到设备生产厂家校核，得到设备生产厂家结论：三相绝缘电阻和直流电阻均满足厂家规定和技术标准，可以启机运行。2020 年 11 月 21 日，启动 2 号机组经 72 h 并网试运行，在发电机有功功率达到3 503 kW 时，定子线圈三相电流A 相330.5 A，B 相312.6 A，C 相319.9 A。定子巡检1~6点温度均在38.0~41.8 ℃之间，由此可以判断：察尔森水电站2号机组定子线圈接地故障处理结果是成功的，2号机组具备长期运行条件。

5 创造的效益

5.1 直接经济效益

常规发电机定子线圈单相接地故障处理方法是将发电机转子吊出，找到接地点，更换受损线圈，工期需要15 d，安装费、材料费和厂家技术人员差旅费等大约需要37 万元。采用“跨接方式”处理，工期1 d，人工、材料等费用5 000 元，可直接节省36.5 万元；机组提前14 d 投产发电，按额定出力3 200 kW，上网电价0.292 元/（kW·h）计算，可发电107.5 万kW·h，创产值31.4 万元，直接经济效益较明显。

5.2 社会效益

2020 年11 月，察尔森水库水位365.10 m，蓄水量10.431 亿m3，超过正常蓄水位，需要最大放流，而2 号机组的故障停机，给察尔森水库正常泄洪造成严重影响。2 号水轮发电机组额定流量13.835 m3/s，在满发的情况下，可达到 119.5 万 m3/d，提前14 d 启机发电，可泄流1 673 万m3，极大缓解察尔森水库泄洪压力；同时2 号机组并网运行，持续为电站、水库管理区、生活区及国家电网提供清洁可再生能源，节约了不可再生矿产资源，减少二氧化碳、二氧化硫、粉尘等污染物排放，不仅为察尔森水库经济发展注入了活力，还增加了清洁能源的供应，持续改善电网和地区的能源结构。

5.3 间接效益

因新冠肺炎疫情，设备生产厂家的技术人员无法及时来处理故障，初步定于2021年4月份解决，2号机组需停运150 d左右。故障现采用“跨接方式”处理，提前150 d 并网运行，按额定容量3 200 kW、上网电价0.292 元/（kW·h）计算，可上网发电1 152万kW·h，创产值336.4 万元；察尔森水库作为国家大（1）型水利枢纽工程，承担着洮儿河流域防洪任务，2 号机组提前并网运行，有效缓解察尔森水库泄洪放水压力，有效保证水库大坝工程安全和防洪安全，保护了水库下游内蒙古、吉林两省区7 个旗县市的人民生命和财产安全。

6 结语

察尔森水电站2 号机组定子线圈单相接地故障采用“跨接方式”处理，延长了机组大修周期，缩短检修工期，节省大笔检修费用，还能够及时恢复机组运行，有效缓解泄洪压力，具有较高的实用价值和应用价值；大型水轮发电机组采用“跨接方式”处理定子线圈接地故障，目前在国内处于尝试阶段，察尔森水电站2 号机组采用“跨接方式”成功处理定子线圈接地故障，为国内外发电机定子线圈故障问题处理提供了参考依据。