水轮发电机定子接地故障原因分析与处

理探究

Summary：水轮发电机定子接地故障是影响其正常运行的主要问题之一，发电机

定子绕组发生接地故障后，在一次连接系统产生电容电流，电弧可能会灼伤接

地点铁芯。同时还会产生弧光过电压，击穿定子绕组绝缘最薄弱的地方，造成

发电机严重损坏。因此，对水轮发电机定子接地故障的原因进行深入分析，并

采取有效的预防措施，对保证发电机的稳定运行和电力系统的安全具有重要意

义。本文主要探讨了水轮发电机定子接地故障的原因，包括接地故障排查、线

棒更换、绝缘材料绑扎、试验项目等。

引言

2020 年某水电站某号机组C 级检修进行定子直流泄露试验时，发电机定子线圈

B 相绕组在电压升至13kV 时有放电现象，仪器过流保护动作停止加压。经检

查，绕组B 相下层绝缘电阻正常，绕组上层使用绝缘电阻测试仪500V 档测试绝

缘电阻为3MΩ，使用2500V 档测试绝缘电阻为500-600kΩ。遂采用直流法查找

故障点，发现19 槽上层线棒靠下槽口处绝缘有明显碳化迹象，刮除该点碳化绝

缘层后，使用2500V 档测试绝缘电阻为1.2TΩ,现将此次接地故障原因分析和

处理过程总结如下，以供借鉴。

设备参数

该发电机为分瓣叠片，现场进行合缝线圈及汇流环下线。额定容量：

63.53MVA，额定电压：10500V，额定电流：3493A，额定转速：600r/min，飞逸

转速：953r/min，功率因数：0.85（滞后）。绝缘等级：F/F。

1、故障点各部检查情况

1.1 定子线棒检查

故障发生后，工作人员对定子绕组进行了全面检查；在19 槽上层线棒靠下槽口

处发现故障点（图1），故障点立面棱角处缺失一小部分，深度约1mm，直径最

大处约3mm 线棒故障点与铁芯可观察到明显放电通道，直线距离约30mm，宽度

约2mm(图2)。线棒放电通道碳化明显。线棒R 弯部均存在大量白色粉末，呈线

状分布（图3），位置与挡风板围屏玻璃丝绳绑扎位置一致，推测为局部放电

产生的硝酸盐物质。其次，线棒油污较严重，表面多处有油泥附着（图4）。

（图1） （图2）

（图3） （图4）

1.2 定子挡风板检查

挡风板采用140mm 宽绝缘板紧贴定子铁芯阶梯片安装（图5），分上、下两层

分别与每槽线棒进行绑扎。上层距铁芯距离约35mm，下层距铁芯距离约90mm。

经检查，挡风板围屏玻璃丝绳未进行浸胶处理，绑扎较松散。挡风板与定子线

棒之间间隙较大，手动可轻松产生间隙径向约7mm，周向约2mm（图6）。挡风

板接头处未按照工艺要求搭接处理或垫适形毡，挡风板接头与线棒端部多处擦

痕明显，最深处约1.5-2mm。

（图5） （图6）

2、原因分析

查阅2019 年修后预防性试验数据，B 相绕组在1.5 Un 下泄漏电流为0μA，2.0

Un 泄漏电流为1μA，试验结果合格。本次预防性试验前，进行绝缘电阻测试，

B 相对地为9.84ＧΩ。

因挡风板绑绳安装时未浸环氧胶导致松动，机组运行时产生震动；定子挡风板

随之震动；久而久之对线棒绝缘有破坏作用。经过咨询厂家，该机组线棒绝缘

由0.14×25mm 粉云母带17 层半叠包，0.1×25mm 玻璃丝带1 层半叠包并涂刷

环氧绝缘胶，整体绝缘厚度约3.5mm，按照《带直流高压的交流(AC)电机

(2300V 及以上)的绝缘测试用推荐实施规范》（ANSI/IEEE 95-2002）要求，直

流击穿电压应在30kV 左右。目视线棒处棱角缺陷仅1mm 左右，周边线棒端部磨

损量不足1mm，参考定子线棒端部多处划伤（图7），有部分位置划伤深度接近

2mm，仍能通过直流电压21kV;那么故障处1mm 绝缘损伤在正常情况下不至引起

绝缘击穿。除此之外定子外部再无其它异常情况，考虑到线棒是在修后进行直

流泄漏试验电压为13kV 时接地，结合线棒端部局部放电明显，故推断线棒绝缘

中可能存在夹渣，致使线棒内部持续发生局部放电（图8），在额定运行电压

（6.06kV）下，绝缘已接近击穿极限。在进行直流泄漏试验时，端部绝缘强度

进一步降低，沿面放电加剧，同时，线棒防晕层油泥严重，加速形成放电通

道，最终导致故障点沿防晕层对铁芯放电。

综上分析，定子19 槽线棒存在绝缘薄弱点；挡风板绑绳松动导致线棒绝缘层破

损；长时间运行薄弱点绝缘下降，预试中暴露放电，线棒在绝缘处理中有夹

渣，含夹渣的定子线棒在运行一段时间后，局部放电使绝缘劣化，强度降低。

同时，线棒端部防晕层脏污也加剧了接地故障的快速形成。

（图7） （图8）

3、检修工艺制定与实施

由于发电机定子B 相绕组19 槽线棒靠下槽口处绝缘损坏，另因定子挡风板松

动，造成几根线棒绝缘层有不同程度的磨损，为确保机组长期安全稳定运行，

本次作业更换损坏线棒及定子挡风板，对未破损但是线棒表面绝缘有损伤的部

位进行修复处理；具体操作步骤及施工流程如下：（1）拆除发电机机罩、集电

环。（2）拔出推力轴承。（3）拆除上导、下导轴承。（4）水发连轴分解。

（5）吊出上机架。（6）吊出转子。（7）标记故障线棒并拆除。（8）备用线

棒试验。（9）拆除定子线棒接头绝缘盒,做好防止下层线棒绝缘过热的措施，

做好防止下层线棒端头散股的措施焊开线棒接头并头块，做好防止熔渣掉落的

措施。拆除线棒接头前应记录并头块接触电阻，便于修后对比。（10）拆除相

应线棒端部、斜边绑绳及端箍的绑绳,取出出口部垫块及斜边垫块。（11）退出

需拔线棒的槽楔,斜楔及垫条。（12）取出线棒及层间垫条。（13）下入层间垫

条及回装线棒，下线前应先清理槽内，核实是否有假端箍需要处理，是否需要

导电槽衬纸和半导体腻子。（14）安装线棒斜边垫块与槽口垫块，并包裹浸胶

的羊毛毡做好支撑，防止线棒移位。玻璃纤维绝缘绑扎带应浸胶至半干状态才

能绑扎，并刷好环氧胶。（15）提前核实为波纹板还是斜楔，并准备适量

0.5mm 垫条，打紧线棒槽楔，打紧槽楔后单根线棒做耐压试验合格后，再进行

焊接。（16）进行线棒整形，焊接线棒接头并头套,接头直流电阻试验合格。

（17）绝缘盒灌注胶，并做好堵漏措施，灌注胶应提前加热；并做好二次灌胶

准备，绝缘盒至少与线棒绝缘搭接不少于3cm，与并头块距离不少于3mm，安装

接头绝缘盒。（18）对定子线棒上下端破损部位进行绝缘修复并干燥处理。

（19）拆除定子挡风板。（20）使用机电设备清洗剂对定子、挡风板板进行清

洗。（21）重新绑扎挡风板（在绑扎前用羊毛毡（3mm）浸好环氧胶垫在绝缘板

后，再用浸好绝缘胶玻璃丝带绑紧、固化）（22）定子绝缘电阻测试、直流电

阻、直流泄露测试、交流耐压试验，非被测相接地，槽内测温元件可靠接地。

（23）所有工作完成后,按工艺要求将更换绕组线棒处喷上绝缘漆（F188 绝缘

漆）。（24）回装机组。

4、结语

该机组定子接地故障经局部更换线棒及重新绑扎处理后，发电机各项运行指标

正常；在次年C 级检修中，对该机组定子上下端部检查未发现异常，更换后的

线棒运行状况良好，未再次发生绝缘层破损现象。说明该处理方式完全满足运

行要求，为此后发电机此类故障现象处理提供宝贵经验。

Reference：李广瑞，王玉江，李义忠，石立斌.发电机定子接地故障分析及处

理.《华北电力技术》2012（000）010

-全文完-