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摘要：直流压降法是测量直流电阻的经典方法，在发电试验中常规用于检查定子和转子绕组线圈中的铜导体、股线是否存在断股、开裂、断开或绕组焊接处的焊口劣化。而利用该方法在大型汽轮发电机定子绕组接地故障点查找，具有操作简单、成本低的优势。本文以某公司生产的QFSN-600-2-22A型汽轮发电机为例，研究了该大型汽轮发电机定子绕组接地故障的查找过程和故障原因，最后总结性地分析了采用直流压降法查找大型汽轮发电机电子绕组接地故障的有效策略。
关键词：发电机;直流压降法;接地
引言：随着我国电力工业的不断发展和用电需求的不断扩大，大型汽轮发电机组已经成为我国电力系统中电源侧的主力机组。大型汽轮发电机在电力系统运行中承担着极大的荷载，定子绕组作为大型汽轮发电机的核心部件，在发电机运行中承受电、热、机械、化学、环境条件等的作用，还承受启停机过程中的冷热循环应力作用和事故过程中的强大电磁力作用，因此要求定子绕组具有良好的电气和机械性能来保证发电机的可靠运行。随着单机容量的变大，一旦发电机在运行中发生故障导致非计划停机，或在试验过程中发现缺陷影响正常投入运行，对电力系统的稳定性和安全运行造成的影响也变大。如何简单、有效、快速地查找到故障点并进行修复，使发生故障的发电机能尽快投入运行是一个值得探讨的问题。本案例的QFSN-600-2-22A型汽轮发电机额定功率为655.2MW，定子额定电压为22kV，在进行1.5Un=1.5×22=33kV的交流耐压试验中，A相定子绕组在电压达到32.7kV，维持16秒时放电击穿。研究本次采用直流压降法准确查找到定子绕组的接地故障点的方法，对于类似问题的解决有着重要的借鉴意义。
一、研究背景、目的
2010年10月某电厂进行机组大修，根据机组检修计划进行了发电机定子绕组的交流耐压试验，在正常试验过程中A相绕组发生放电。在放电后对三相绕组进行绝缘电阻测量，发现A相已无法加上电压，改用万用表测量定子绕组对地电阻，只有8kΩ，其余两相绝缘电阻正常，确认A相定子绕组已放电击穿。现场检修人员通过人孔门进入发电机内部进行全面检查，未发现击穿点。电厂在联系制造厂派人前来处理后组织人员拆除发电机端盖和抽出转子进行细致地检查定子绕组表面，也未发现放电击穿点，也通过表面检查初步排除了因脏污引起的放电击穿。在故障处理过程中通过一系列的试验手段来查找放电击穿点，目的是为了迅速确定定子绕组故障点，保证修复工期在既定的时限内，也为类似的问题解决提供参考。
二、定子绕组接地故障点的检测方法
（一）外观查找法
通过检修人孔门进入发电机内部或拆除发电机的端盖和抽出转子，仔细检查定子绕组各部位是否存在脏污、变色、磨损、流胶、过热、松动等现象，以检查发现明显的接地故障点。
（二）绝缘电阻法
在确认接地故障点的试验中，从定子绕组对地施加一个直流电压，测量泄漏电流值，计算出电阻值来判断发生故障所在的相别。
（三）兆欧表法
与绝缘电阻法类似，使用兆欧表测量故障相，兆欧表的电压应足以使故障点击穿，通过故障部位的放电声和放电火花确定故障部位。
（四）高压直流法
采用直流高压发生器对故障绕组施加电压，原理与兆欧表法相似，但要在直流高压发生器的高压输出回路中串接限流电阻，以防止直流高压发生器过载。
（五）高压脉冲法
适用于低阻接地故障，因故障绕组对地电阻太小，无法建立试验电压，因此在高压直流法的基础上，在高压试验回路中并接一个电容器和串接一个放电间隙，调节放电间隙的距离以调整放电电压，使之在故障点瞬间产生一个直流高压电压，通过故障点的放电声和放电火花确定故障部位。
（六）高压交流法
利用高压交流电压将故障点击穿并流过一定的电流，由于电流的热效应使击穿点绝缘烧焦冒烟，根据冒烟部位确定故障点。试验接线与常规交流耐压法相同（不宜采用谐振法），在试验回路中串接限流电阻或电抗器防止电流超过5A。由于绝缘已经击穿，所能施加的电压一般都不高，应以击穿电压的大小来估算限流电阻值或限流电抗值。
（七）低压交流法
低压交流法也是利用电流的热效应使故障点的绝缘烧焦冒烟，通过冒烟点确定故障点。加压用的调压器的容量在2kVA左右即可，限流电阻可用1～2kW的电炉丝或碘钨灯代替。采用碘钨灯时因冷态电阻很小，施加电压应从零开始平缓上调，施加电流不宜超过5A，因加热功率较小，加压时间应适当加长。
（八）开口CT或开口变压器探测法
其接线方法与低压交流法相似，在正式试验前必须先根据电机的定子绕组接线图确定故障相所属的槽号和端部绕组，并做好标记。查找时，调节调压器，使回路电流在0.5～1A左右，然后用开口CT或开口变压器探测绕组槽部或端部的感应电流或电压，当电流或电压突然变小时，就是故障点所在线圈的位置。为了准确确定故障点，可以分别从出线端和中性端加压，根据两次探测结果定位故障点。这种方法也可在高压交流法中应用，但是由于接地电阻太大时，接地点后面的绕组仍然会有电容电流，接地电阻大到一定程度时，接地点前后的电流或电压变化就会不明显，造成判断困难。这种方法特别适用于金属性接地的情况，并可以采用较小的试验电流，可以有效地防止次生损害。开口CT需自制，二次绕组为数十匝至数百匝。
（九）直流壓降法
直流压降法在转子绕组接地故障点的查找中应用较多，以前多使用直流电焊机等作为电源对故障绕组的首尾施加一个直流电压，分别测量绕组首尾的对地电位，以此计算接地故障点的位置，因电源的稳定性等问题，往往计算出的结果精确度不足，本文讨论换一种思路应用直流压降法来解决测量精度的问题。
三、直流压降法查找定子绕组故障的案例
本次定子绕组接地故障发生后，先后采用了外观查找法、绝缘电阻法、兆欧表法、高压直流法、高压脉冲法、高压交流法来查找接地点，但这些方法最终只能确认接地点发生在A相。在使用高压脉冲法时能在绕组表面发现有放电火花，但所在的位置每次都不一样。现场修理人员根据放电火花出现的位置，尝试着将有放电火花的励端第29槽的槽楔打开，但在线棒上没有找到故障点，只在铁芯部位发现有轻微的烧痕。理论上本次接地点只能有一处，因此需要精确地计算出接地点的所在部位。
考虑到现在的数字式直流电阻测试仪的输出电压和电流非常恒定，且输出电流可达到60安培以上，现场试验人员决定采用数字式直流电阻测试仪当电源，对A相加74.4mV/50A的直流电进行测量和分析，其分析结果如下图所示：
根据分析结果，采用低压交流法向A相绕组对地施加220V/4.2A的交流电，并加强对上述8、11、27、33槽监视检查，终于在第27槽发现有烟冒出，拆出第27槽的上下层线圈后，在下层线圈的中部发现了故障点。
结语
综上所述，依托数字式直流电阻测试仪采用直流压降法可以精确地计算出大型汽轮发电机定子绕组接地故障的接地点位置。本案例中，A相的2个分支在查找过程中未解开，因此初步计算出4个槽号，如果将分支的并联点解开后，可以把范围缩小到2个槽号。如此计算出2个槽号后，再将槽号所在的线棒解开，可快速确定接地故障点。直流压降法查找定子绕组接地点具有灵敏性高、操作简单、准确性高、实用性强的优势，因此在碰到类似的故障时，可考虑采用本文所述的直流压降法结合其他试验方法查找接地故障点。
参考文献：
[1]Greg C. Stone等著.旋转电机的绝缘—设计 评估 老化 试验 修理（美国）.中国电力出版社.ISBN978-7-5123-0815-2，2010.9
[2]党晓强. 型发电机内部故障在线诊断及其行波应用新原理[D].四川大学，2016.
[3]徐家擎.邹县电厂发电机转子绕组匝间短路故障诊断系统的分析与应用[D].山东大学，2015.
[4]高磊.基于多回路理论的发电机转子匝间短路故障特征分析[D].华北电力大学，2011.
关键词：发电机;直流压降法;接地
引言：随着我国电力工业的不断发展和用电需求的不断扩大，大型汽轮发电机组已经成为我国电力系统中电源侧的主力机组。大型汽轮发电机在电力系统运行中承担着极大的荷载，定子绕组作为大型汽轮发电机的核心部件，在发电机运行中承受电、热、机械、化学、环境条件等的作用，还承受启停机过程中的冷热循环应力作用和事故过程中的强大电磁力作用，因此要求定子绕组具有良好的电气和机械性能来保证发电机的可靠运行。随着单机容量的变大，一旦发电机在运行中发生故障导致非计划停机，或在试验过程中发现缺陷影响正常投入运行，对电力系统的稳定性和安全运行造成的影响也变大。如何简单、有效、快速地查找到故障点并进行修复，使发生故障的发电机能尽快投入运行是一个值得探讨的问题。本案例的QFSN-600-2-22A型汽轮发电机额定功率为655.2MW，定子额定电压为22kV，在进行1.5Un=1.5×22=33kV的交流耐压试验中，A相定子绕组在电压达到32.7kV，维持16秒时放电击穿。研究本次采用直流压降法准确查找到定子绕组的接地故障点的方法，对于类似问题的解决有着重要的借鉴意义。
一、研究背景、目的
2010年10月某电厂进行机组大修，根据机组检修计划进行了发电机定子绕组的交流耐压试验，在正常试验过程中A相绕组发生放电。在放电后对三相绕组进行绝缘电阻测量，发现A相已无法加上电压，改用万用表测量定子绕组对地电阻，只有8kΩ，其余两相绝缘电阻正常，确认A相定子绕组已放电击穿。现场检修人员通过人孔门进入发电机内部进行全面检查，未发现击穿点。电厂在联系制造厂派人前来处理后组织人员拆除发电机端盖和抽出转子进行细致地检查定子绕组表面，也未发现放电击穿点，也通过表面检查初步排除了因脏污引起的放电击穿。在故障处理过程中通过一系列的试验手段来查找放电击穿点，目的是为了迅速确定定子绕组故障点，保证修复工期在既定的时限内，也为类似的问题解决提供参考。
二、定子绕组接地故障点的检测方法
（一）外观查找法
通过检修人孔门进入发电机内部或拆除发电机的端盖和抽出转子，仔细检查定子绕组各部位是否存在脏污、变色、磨损、流胶、过热、松动等现象，以检查发现明显的接地故障点。
（二）绝缘电阻法
在确认接地故障点的试验中，从定子绕组对地施加一个直流电压，测量泄漏电流值，计算出电阻值来判断发生故障所在的相别。
（三）兆欧表法
与绝缘电阻法类似，使用兆欧表测量故障相，兆欧表的电压应足以使故障点击穿，通过故障部位的放电声和放电火花确定故障部位。
（四）高压直流法
采用直流高压发生器对故障绕组施加电压，原理与兆欧表法相似，但要在直流高压发生器的高压输出回路中串接限流电阻，以防止直流高压发生器过载。
（五）高压脉冲法
适用于低阻接地故障，因故障绕组对地电阻太小，无法建立试验电压，因此在高压直流法的基础上，在高压试验回路中并接一个电容器和串接一个放电间隙，调节放电间隙的距离以调整放电电压，使之在故障点瞬间产生一个直流高压电压，通过故障点的放电声和放电火花确定故障部位。
（六）高压交流法
利用高压交流电压将故障点击穿并流过一定的电流，由于电流的热效应使击穿点绝缘烧焦冒烟，根据冒烟部位确定故障点。试验接线与常规交流耐压法相同（不宜采用谐振法），在试验回路中串接限流电阻或电抗器防止电流超过5A。由于绝缘已经击穿，所能施加的电压一般都不高，应以击穿电压的大小来估算限流电阻值或限流电抗值。
（七）低压交流法
低压交流法也是利用电流的热效应使故障点的绝缘烧焦冒烟，通过冒烟点确定故障点。加压用的调压器的容量在2kVA左右即可，限流电阻可用1～2kW的电炉丝或碘钨灯代替。采用碘钨灯时因冷态电阻很小，施加电压应从零开始平缓上调，施加电流不宜超过5A，因加热功率较小，加压时间应适当加长。
（八）开口CT或开口变压器探测法
其接线方法与低压交流法相似，在正式试验前必须先根据电机的定子绕组接线图确定故障相所属的槽号和端部绕组，并做好标记。查找时，调节调压器，使回路电流在0.5～1A左右，然后用开口CT或开口变压器探测绕组槽部或端部的感应电流或电压，当电流或电压突然变小时，就是故障点所在线圈的位置。为了准确确定故障点，可以分别从出线端和中性端加压，根据两次探测结果定位故障点。这种方法也可在高压交流法中应用，但是由于接地电阻太大时，接地点后面的绕组仍然会有电容电流，接地电阻大到一定程度时，接地点前后的电流或电压变化就会不明显，造成判断困难。这种方法特别适用于金属性接地的情况，并可以采用较小的试验电流，可以有效地防止次生损害。开口CT需自制，二次绕组为数十匝至数百匝。
（九）直流壓降法
直流压降法在转子绕组接地故障点的查找中应用较多，以前多使用直流电焊机等作为电源对故障绕组的首尾施加一个直流电压，分别测量绕组首尾的对地电位，以此计算接地故障点的位置，因电源的稳定性等问题，往往计算出的结果精确度不足，本文讨论换一种思路应用直流压降法来解决测量精度的问题。
三、直流压降法查找定子绕组故障的案例
本次定子绕组接地故障发生后，先后采用了外观查找法、绝缘电阻法、兆欧表法、高压直流法、高压脉冲法、高压交流法来查找接地点，但这些方法最终只能确认接地点发生在A相。在使用高压脉冲法时能在绕组表面发现有放电火花，但所在的位置每次都不一样。现场修理人员根据放电火花出现的位置，尝试着将有放电火花的励端第29槽的槽楔打开，但在线棒上没有找到故障点，只在铁芯部位发现有轻微的烧痕。理论上本次接地点只能有一处，因此需要精确地计算出接地点的所在部位。
考虑到现在的数字式直流电阻测试仪的输出电压和电流非常恒定，且输出电流可达到60安培以上，现场试验人员决定采用数字式直流电阻测试仪当电源，对A相加74.4mV/50A的直流电进行测量和分析，其分析结果如下图所示：
根据分析结果，采用低压交流法向A相绕组对地施加220V/4.2A的交流电，并加强对上述8、11、27、33槽监视检查，终于在第27槽发现有烟冒出，拆出第27槽的上下层线圈后，在下层线圈的中部发现了故障点。
结语
综上所述，依托数字式直流电阻测试仪采用直流压降法可以精确地计算出大型汽轮发电机定子绕组接地故障的接地点位置。本案例中，A相的2个分支在查找过程中未解开，因此初步计算出4个槽号，如果将分支的并联点解开后，可以把范围缩小到2个槽号。如此计算出2个槽号后，再将槽号所在的线棒解开，可快速确定接地故障点。直流压降法查找定子绕组接地点具有灵敏性高、操作简单、准确性高、实用性强的优势，因此在碰到类似的故障时，可考虑采用本文所述的直流压降法结合其他试验方法查找接地故障点。
参考文献：
[1]Greg C. Stone等著.旋转电机的绝缘—设计 评估 老化 试验 修理（美国）.中国电力出版社.ISBN978-7-5123-0815-2，2010.9
[2]党晓强. 型发电机内部故障在线诊断及其行波应用新原理[D].四川大学，2016.
[3]徐家擎.邹县电厂发电机转子绕组匝间短路故障诊断系统的分析与应用[D].山东大学，2015.
[4]高磊.基于多回路理论的发电机转子匝间短路故障特征分析[D].华北电力大学，2011.