发电机定子绕组故障接地点的分析 范德军

发电机定子绕组故障接地点的分析范德军

发表时间：2017-12-31T12:08:59.203Z 来源：《电力设备》2017年第26期作者：范德军

[导读] 摘要：国家的不断发展，对电力的要求也越来越高。

（通辽发电总厂内蒙古通辽 028000）

摘要：国家的不断发展，对电力的要求也越来越高。电压对称情况下双馈风机发生定子绕组匝间短路故障时，可由电机定子三相电流产生的负序电流检测匝间短路故障，但当电压不平衡时，同样也会产生负序电流。基于此，建立了电压不平衡情况下双馈异步发电机定子绕组发生匝间短路时多回路仿真模型，通过仅设置电压不平衡、匝间短路、电压不平衡情况下发生匝间短路的三种情况，得到仿真结果中定、转子三相电流波形及转子电流谐波分析图，对比分析三种情况下波形图及频谱图。仿真结果得出：电压不平衡和匝间短路两种情况下会产生某些相同的特征频率；当电压不平衡且发生匝间短路时，可通过监测这些相同频率之外的其他匝间短路特征频率判别匝间短路故障，但这些频率含量特别小，极易由电机本身不对称等因素造成误判，因此，可通过观察定子三相电流的波形变化定性判别电压不平衡情况下发生的匝间短路故障。

关键词：发电机；定子绕组故障；接地点

引言

高压电机在运行过程中会受到各种应力作用，一般来说有热、电、环境和机械应力，称为TEAM应力。这些应力会加速高压电机绝缘系统的老化，降低绝缘系统的强度，大幅降低电机的运行寿命。目前，三相异步电动机采用的是F级环氧云母绝缘，能够耐受电应力和热应力，因此振动就成为造成定子绕组绝缘性能劣化的主要原因，特别是在高压定子绕组中。大量发电机、电动机的运行经验表明，这种振动会导致定子绕组高阻带和低阻带的搭接部位损伤。高阻带和低阻带的搭接部位的本质为电气连接，若搭接部位损伤，绕组端部不再“接地”，而是电位“悬浮”，并且由于电容耦合作用，其电压倾向于升高到线圈内铜导体的电压水平。处于高电位的绕组与周围低电位的绕组间形成电势差，当电场强度大于起始放电场强时，就会发生相间放电。

1发电机定子绕组故障接地点的分析

1.1纵差保护

纵差保护的原理是比较线路始末两端的电流大小和相位，电流大小和相位能够反映发电机相间与线路中的短路故障。三相纵差保护装置由分相差动元件连接在定子绕组之间构成，当发电机正常运行或者发生的故障在保护区外时，差动元件检测到的差动电流为接近零的某一值，此时不会引起保护装置动作；当定子绕组发生短路故障时，始末两端的电流会产生较大的电流差，从而引起保护装置动作。

1.2横差保护

对于同相相同支路的匝间短路或同相不同支路的匝间短路来说，纵差保护下流经发电机定子端和中性点的相电流I1、I2依然相等，不能起到保护作用。在这一情况下，发电机横差保护能很好地解决这个问题，其接入回路如图2所示，将横差元件分别接在发电机三相对应的定子绕组两个分支上的电流互感器两侧。

1.3环境潮湿

室外冷空气进入发动机，甚至有水分进入发动机，使电机的绝缘材料受潮，绝缘电阻下降，可用绝缘表遥测电动机的绝缘电阻值，应遥测相间绝缘和对地电阻值，并应一相一相的测量，对三角形联接的电动机，应将各相绕组的连接线拆开，Y形联接的电机，应将封星形接线拆开，判断是哪一相的故障。若绕组接地，还应找出接地点，在用绝缘表、万用表或试灯检查时，应先从外部深入到电机内部，先检查引出线，是否因接线板或引线炭化或击穿，若判断接地点不在外部时，应将电机端盖卸下，再用胶皮锤敲击线圈端部，观察绝缘表和万用表数值的变化，以及试灯灯泡亮度的变化，或观察有无放电现象，观察在何处放电，在检查接地点不在引出线、绕组端部和槽口时，就怀疑是绕组和槽底之间有问题，最严重的故障就是在槽底接地。电动机使用年久，长期满负荷甚至过负荷运行，电动机发热量大，散热情况不良，会造成绝缘材料老化，使绝缘电阻下降，有时因轴承漏油，绕组上严重油污沾尘，也会使绝缘电阻下降。绝缘不良严重影响了电动机的使用寿命。

2发电机中性点接地方式的选择及保护措施

2.1接地故障电流分析

对于接地变高阻接地故障而言，其电流相对较大，其是接地电容电流的几倍，所以，在使用中需要选择消除弧线圈的接地故障选择方式，并在接地装置运用中，可以有效限制接地电流现象的出现，增大故障系统的电流，实现系统灵敏度、可靠性的有效提升，并在此基础上达到发电机定子接地故障扩大问题的发生。通常情况下，在消弧线圈接地故障处理中，其电流相对较小，可以持续运行一段时间，但是，在电压升高的背景下，会加快绝缘系统的老化，如果不能在短时间内切除故障，会造成故障因素的扩大。同时，在电压问题分析中，消除线圈接地会比接地变高阻接地状态稍微逊色，也就是说，我国发电机中性点消弧线圈接地大都采用欠补偿的方式，并没有针对谐振接地状况。

2.2发电机中性点接地方式

电力网中性点接地方式有直接接地和非直接接地两大类，中性点直接接地方式适用于110kV及以上电网中，中性点非直接接地方式包括不接地、经消弧线圈接地、经高电阻接地几种形式。

2.3接线方式的措施

电机接线大体上有两种工艺：绞合和焊接。绞合虽然也能接通电气线路，但是绞合点在电机运行中容易产生氧化物，氧化物属于不良导体，使绞合点接触电阻增大，当电流流过时，将产生高温，加速了该处氧化过程，接触电阻更大。另外，电机振动也可能会导致绞合点接触不良甚至松脱，这同样会增大绞合点接触电阻。因此，单纯的绞合接线不推荐采用，尤其是防爆电机。在绞合的基础上进一步采用焊接可以很好地解决上述问题，当然，要保证焊接良好，避免发生虚焊、假焊，从而导致脱焊，甚至断开绕组的电气连接，使绕组不能正常工作。

结语

发电机单相接地故障时，基波零序电压的大小受过渡电阻的影响较大。本文分析了大型水轮发电机的绕组基波电势特征，定子单相接地故障时基波零序电压相位特征与故障位置和过渡电阻的关系，提出了一种适用于大型水轮发电机的定子绕组单相接地故障定位新原理。

参考文献：

[1］马宏忠，时维俊，韩敬东，等．计及转子变换器控制策略的双馈风力发电机转子绕组故障诊断［J］．中国电机工程学报，2013，33（18）：119-125．

［2］谈立，阮毅，赵梅花，等．双馈风力发电系统负载并网控制［J］．电机与控制应用，2014，41（3）：32-35．［ [3］王毅，朱晓荣，赵书强．风力发电系统的建模与仿真［M］．北京：中国水利水电出版社，2015．