向波

（中國水利水電第七工程局有限公司 四川省成都市 610000）

1 概述

對于新建的發(fā)電機(jī)組由于施工客觀原因：設(shè)備安裝環(huán)境潮濕，吊裝過程中容易碰撞定子繞組；以及后續(xù)施工過程中定轉(zhuǎn)子之間容易掉入異物，機(jī)組轉(zhuǎn)動后損傷定子繞組等等因素，均會影響到定子繞組后的絕緣效果，甚至對發(fā)動機(jī)定子繞組接地產(chǎn)生影響。針對已經(jīng)投入生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)組，也會發(fā)生定子繞組故障，在實際工作中會經(jīng)常見到定子繞組單相接地，屬于常見故障類型。針對大中型水輪發(fā)動機(jī)中性點并未接地的情況也可能引發(fā)故障，單相接地對電流影響較小，因此，一旦發(fā)生定子繞組后單相接地，便會發(fā)生發(fā)動機(jī)短路問題，屬于發(fā)電機(jī)故障預(yù)警。差動保護(hù)作為電氣設(shè)備主要保護(hù)方式，在電器設(shè)備兩側(cè)進(jìn)行保護(hù)，主要保護(hù)電動機(jī)互感器、繼電器，差動保護(hù)的作用范圍是供電電源。差動保護(hù)在發(fā)電機(jī)及變壓器、線路上發(fā)生作用，對此，本文對差動保護(hù)原理及定子繞組接地點進(jìn)行探究。

2 差動保護(hù)理論研究

差動保護(hù)的相關(guān)誗（見圖1）。在運(yùn)行過程中，I1=I2，因此，Ij=I1-I2=0，在繼電器兩端繼電器內(nèi)部抗阻原理進(jìn)行運(yùn)動，此時的電壓U=Ij×Ru=0（Ru為繼電器內(nèi)部的阻抗），電流并未通過線圈，因此，不會繼電器不會產(chǎn)生任何反應(yīng)。

當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時（見圖2），i1=Id/n(n 為電流互感器 TA1的匝數(shù)比)，ij=i1-i2≈i1，U=ij×Rj≈i1×Rj，電流流經(jīng)差動繼電器線圈后電壓隨之產(chǎn)生，檢測出的故障動作。

區(qū)外故障產(chǎn)生過程中（見圖3），在電路依舊處于運(yùn)行狀態(tài)，短路電流是額定電流的8 倍，存在非周期表現(xiàn)，此是的電流互感器TA1 與TA2 保持性質(zhì)一致，而差動繼電器并未流動電路。一旦TA1 與TA2 性質(zhì)不一樣，此時的差動繼電器經(jīng)過不平等電流，差動動作電流在不平等電路以上，差動繼電器不會產(chǎn)生動作。

3 利用差動保護(hù)原理查找發(fā)電機(jī)定子繞組接地實際應(yīng)用方法

在某水電站進(jìn)行發(fā)電機(jī)升壓試驗過程中，當(dāng)機(jī)端電壓升至80%Ue 時，發(fā)電機(jī)保護(hù)報出定子一點接地信號，于是停機(jī)對機(jī)組進(jìn)行檢查。退出發(fā)電機(jī)組出口PT 小車，拉開中性點接地開關(guān)，用搖表檢查發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣為零。然后利用差動保護(hù)原理法，對定子的接地點進(jìn)行查找。在機(jī)端和中性點間加一個380V 的電壓，中間串一個滑動電阻，具體接線（如圖4）。

圖4 中，UAB=380 V、UBN=220V(N 與發(fā)電機(jī)鐵芯相連)。K1點接地情況下，相位表顯示數(shù)值為120 度。(或240 度，當(dāng)夾子同名端反時)；相反狀態(tài)下，K2點接地，相位表讀數(shù)為0 度(或180 度，當(dāng)夾子同名端反時)，通過此方法應(yīng)用很快查找出定子繞組接地點。此方法必須在回路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮瑁韵拗苹芈分械碾娏?，防止短路?/p>

圖1：差動保護(hù)原理示意圖

圖2：內(nèi)故障差動保護(hù)動作原理

圖3：當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時差動保護(hù)動作原理圖

圖4：利用差動保護(hù)原理查找定子接地

4 其它查找方法

4.1 絕緣電阻法

4.1.1 故障相別的評估方法

發(fā)電機(jī)定子繞組引發(fā)接地故障后，利用絕緣電阻法能對故障進(jìn)行判斷，此過程中需做好安全防護(hù)，將發(fā)電機(jī)出口電壓互感器保險取下，針對中性點通過消弧線圈接地發(fā)動機(jī)，需將注意力放在接地刀閘位置，刀閘在拉開后，發(fā)電機(jī)出口電壓處于恒定電壓狀態(tài)，為保證發(fā)電機(jī)繞組接地不會發(fā)生故障，還需拆開線圈中性點，判斷接地點所在位置，若并未發(fā)生中性點短路，可采取絕緣電阻法觀察發(fā)動機(jī)接地位置。

4.1.2 接地點評估

現(xiàn)階段，大型及中型水輪發(fā)電機(jī)裝載定子接地保護(hù)裝置，定子繞組后引發(fā)接地故障時，保護(hù)動作發(fā)生障礙，打印機(jī)出現(xiàn)故障報告，自古箏報告中能提取相關(guān)的信息，比如，故障值為3U0，可對接地點位置進(jìn)行評估。

4.2 直流電阻法

結(jié)合上述分析，利用絕緣電阻法可判斷接地點位置，利用變壓器直流電阻可檢測接地相中點接地電阻，根據(jù)電阻值對接地點大概位置進(jìn)行評估。受到試驗誤差影響，接地點計算及評估不可能準(zhǔn)確無誤，對此，中性點無引出線情況下的發(fā)電機(jī)，無法對接地點進(jìn)行判斷。

4.3 定子繞組后渡電阻接地的查詢方法

定子繞組后通過渡電阻接地含有2 種方法，一種是絕緣存在問題，主要是體現(xiàn)在直流耐壓過程中個別相發(fā)生電流泄露問題。另外一種則是耐壓過程中無法增加直流電，對地存在電阻，對此，還需對以上兩種情況進(jìn)行查找。

4.3.1 泄漏電流較大

針對定子繞組及直流電耐壓時電流泄露較大引發(fā)的問題，結(jié)合《高壓電氣設(shè)備試驗方法》相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，其中包括直流電壓作用在線棒時，絕緣缺陷線棒電壓不會產(chǎn)生變化，以此進(jìn)行判斷，試驗過程中利用金屬叉進(jìn)行端部電壓探測。

4.3.2 經(jīng)小過渡電阻接地．

（1）電阻測量法：結(jié)合發(fā)電機(jī)組情況，對相線棒薄弱處進(jìn)行檢測，此過程中結(jié)合萬用表與發(fā)動機(jī)出口線路連接，并觀察相線棒另一側(cè)是否出現(xiàn)損壞或者潮濕，檢測到發(fā)電機(jī)端口電阻值較低或者數(shù)值為0 時，還需讓工作人員對發(fā)電機(jī)情況進(jìn)行檢驗，及時處理故障問題。故障處理后續(xù)認(rèn)知故障絕緣情況，若檢測的絕緣值較高，可判斷此區(qū)域為故障點。定子繞組內(nèi)側(cè)均會配置絕緣材料，結(jié)合電阻測量法對概率及鐵芯、線棒側(cè)壁等進(jìn)行對比。經(jīng)過實驗對比，會發(fā)現(xiàn)定子繞組在通過電阻接地時，電阻值較小，通過該方法能明確故障的大致區(qū)域，可節(jié)約檢查時間。較小過渡電阻接地缺陷在查找過程中無法準(zhǔn)確利用接地電阻法查詢。

（2）絕緣破壞法：針對在較小過渡電阻接地的情況，接地電阻法無法及時找到故障點，此情況下直流電壓無法提升，可利用直流高壓及增加交流電壓的方式，改變較小過渡電阻對接地的影響，完成直接接地，在加壓過程中保證安全的同時，讓工作人員觀察發(fā)電機(jī)放電情況，便于對絕緣處處理。

（3）二分法：較小過渡電阻接地可利用絕緣法處理，若無法找到接地點故障情況，可利用二分法進(jìn)行處理。二分法是一種針對故障相一般位置將頭套開啟，判斷故障點的方法，并利用二分法繼續(xù)對故障點進(jìn)行查找，通過此方式也能找到故障點。二分法是一種必要條件下應(yīng)用的方法，雖然能排查故障點，但會拆除線頭線圈，查找方式較為復(fù)雜，對技術(shù)有較高要求，不必要情況下還需采取其他方法。

5 結(jié)束語

水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障作為發(fā)電機(jī)常見故障，在短時間處理故障是保證發(fā)動機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵，同樣對新發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)及電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義，對此，本文提出差動保護(hù)原理與相位比較法在實踐中的應(yīng)用，可最大程度提升定子繞組接地工作效率，及時創(chuàng)造社會效益。此過程中，該方法有利于完成直流接地故障查找。