0 引言
核电厂应急柴油发电机组（简称：EDG）在现场进行预验收试验及月度试验中的负载试验时，一台机组发生发电机出线盒内输出线U相对V相短路事故，造成接线盒内部电缆烧坏，输出线接线铜牌损坏，接线盒变形，此次故障造成项目拖期及大量经济损失，耗费人力、物力、时间，使EDG在核电厂长时间不可用。通过对故障后的发电机进行检查，直接原因、根本原因的分析，提出整改措施并进行实施，进而举一反三，对同批次出产的几台发电机一并进行整改，大大提高了发电机组在核电厂运行的安全性及可靠性。
1. 事件描述
2015年12月，在配合核电厂调试队进行机组负载带载试验及甩负载试验过程中产生以下故障：机组（编号：001EEG）按照现场调试队编制的试验程序，与附变132KV/6.3KV的电网同期并网后开始按机组20%额定功率(运行10分钟)，40%额定功率(运行10分钟)，60%额定功率(运行30分钟)，80%额定功率(运行30分钟)，100%额定功率运行约7分钟左右，机组厂房瞬间出现剧烈爆炸声，机组跳发电机出口开关及保护停机。据巡检人员描述：巡检过程中，发电机一次出线盒发出巨响，且有火球喷出，接线盒变型，黑烟从接线盒盖板缝隙喷出。
2. 故障检查
2.1发电机外观及监控设备检查
1）EDG事故跳机后，检查机组监控柜报警状态：差动故障及过电流保护动作并报警；
2）检查中压电压互感器柜综保装置为过电流动作跳机；
3）机组发电机接线箱外部整体变形，不能正常打开盖板，使用撬杠工具才能拆除。
2.2发电机内部检查
打开发电机出线盒盖板进行内部检查，结果如下：
Ø 发电机内部引出线至接线端子的V1相电缆跨接经过U1相接线端子，且电缆搭接U1相接线端子外部输出线的连接固定螺栓，从U1相搭接至V1相的电缆约30cm的电缆已烧毁，绝缘已破裂。
Ø U1相接线端子上外部输出线的固定螺栓已烧化发黑，U1相接线端子上至发电机内部引出线的固定螺栓其中一个已脱落烧毁,见如下图1；
图1 脱落烧毁螺栓
Fig 1 Fall off bolt
Ø 发电机内部引出线至接线端子的U1相2根电缆及V1相2根电缆头都已烧黑，且绝缘已损害；
Ø 发电机接线箱外盖板5mm钢板内侧有击打的螺钉孔洞，还未击穿；
Ø 发电机输出的外部电缆头绝缘都有不同程度的损伤，内部接线端子铜排部分有熔化；
Ø 将发电机接线盒内的中性点侧、输出侧的内部，外部所有电缆与连接铜排脱开。重点检查烧毁电缆，烧毁的输出侧V1相电缆，跨接U1相接线端子铜排，与铜排连接绝缘子的固定螺栓完整，未见烧化及放电现象；
Ø U1相接线端子铜排连接输出电缆的螺栓与V1相电缆接触的地方电缆爆皮，且这一点至V1相接线端子的电缆，长度约30cm外防护层烧糊，电缆未见击穿点，但螺栓头已烧化，为放电点。见图片2：
图2 电缆防护层烧糊，螺栓头放电
Fig 2 The protective layer of cable is burnt and the bolt head is discharged.
Ø 将此段电缆剪断，查看内部导电铜线，铜线完好。将电缆头线鼻子压接处剥开，发现电缆由内至外，由导电铜线，半导体屏蔽层，绝缘层，外防护层组成。由电缆烧灼程度来看，仅仅为烧糊外防护层。
3.原因分析
3.1直接原因分析
综合以上发电机故障现象，发电机外部及内部的外观检查，对事故发电机进行了原因分析，认为造成EDG发电机故障的直接原因有以下两种情况：
1）发电机内部引出线至接线端子的V1相电缆，跨接经过U1相接线端子，且电缆搭接U1相接线端子外部输出线的固定连接螺栓较长，且有丝口，当机组持续增加功率，机组振动量会增大，在长时间运行的情况下，搭接于U1相端子螺栓的V1相电缆与螺栓来回摩擦，导致绝缘破裂，在螺栓点，产生U1、V1两相相间短路故障；
2）发电机内部引出线至接线端子的V1相电缆，跨接经过U1相接线端子，且电缆搭接U1相接线端子外部输出线的固定连接螺栓，从V1相电缆头沿着电缆爬电至U1相接线端子螺栓点，在螺栓点，发生U1、V1两相相间短路故障。
3.2 根本原因分析
Ø 发电机设计不合理因素：
1）发电机接线盒固定支撑点太少，不够稳固，导致高负荷功率运行下，产生振动，发电机内部至接线端子的引出线支撑线夹口是平面形，不能完全固定电缆，电缆在机组振动下可能会来回移动；见图片3
图片3 发电机接线箱及支撑线夹具
Fig 3 Generator terminal box and support line clamp.
2）发电机一次接线盒设计在机身侧部，导致接线盒内中性点侧三相定子引出线，CT安装位置，机端侧三相定子引出线及连接外部中压开关柜的输出线布局太紧密，没有足够的电气安全距离；
3）发电机内部引出线布局不合理，出现跨接，搭接金属导电体问题。
Ø 安装工艺不规范
在制作电缆端部压接线鼻子时，未将半导体屏蔽层剥落一定长度，直接将线鼻子压接铜导线，致使线鼻与半导体屏蔽层有接触。
Ø 现场安装不规范
1）现场安装连接发电机至中压系统的输出电缆时，使用了不符合要求的连接螺栓，连接螺栓太长，致使螺母打紧后，漏出部分太长；
2）现场安装完外部输出电缆后，未作防护整形措施，忽略了外部电缆压接后，迫使内部引出线受力与相邻接线端子靠压。见图片4
图片4 外部电缆压靠引出线
Fig 4 The external cable is pressed out of the wire.
综合以上发电机设计缺陷及现场安装不规范，造成发电机相间短路故障的根本原因为：由于发电机设计缺陷，造成接线盒布局紧密，V1相引出线电缆跨接U1相端子铜排，现场安装外部输出电缆，未做整形处理，致使V1相引出线电缆受力与U1相输出线连接的长螺栓靠压，在机组长时间运行振动下，螺栓将V1相电缆外防护层磨破，直接接触半导体屏蔽层；当机组运行在高负荷大电流情况下，电流通过V1相电缆端头，借助半导体屏蔽层，爬电至U1相螺栓，产生U1、V1相间短路。
4．纠正措施
1）将接线盒内熏黑的内部电缆，CT，接线铜排，绝缘子，CT二次线、外部连接电缆及接线盒内壳体使用酒精和棉布进行清理擦拭。
2）拆下驱动端及非驱动端的电动轴承润滑泵，打开驱动端及非驱动端的端盖，挡风板；使用内窥镜进行电机内部定子绕组，端部漆包线，转子绕组，励磁机绕组，阻尼线进行目视检查，内部结构完整无异常。
3）使用铰链对变形的接线盒进行矫正及整形，加工角钢在接线盒顶部与通风罩进行固定。（图5）
图5 矫正的发电机接线盒
Fig 5 Corrective generator terminal box.
4）接线盒内部进行重新刷漆。
5）烧坏的2根电缆剪切后采用铜导体连接管进行冷压拼接，压接后做绝缘处理。
6）检查接线盒内其它电缆发现所有的电缆端部都未做半导体屏蔽层的处理，全部都是直接压接线鼻，且有一根电缆在支架固定压板处外防护层已破裂，已露出半导体屏蔽层。（图6）
将所有的电缆头剥掉外防护层，剪切半导体屏蔽层5cm-10cm，重新进行绝缘热缩处理。
图6 电缆外防护层破损半导体屏蔽层外漏
Fig 6 The outer layer of the cable is damaged.
7）输出端3个接线铜排部分螺栓口已烧化，对发电机3个接线铜排进行更换。（图7）
图7 接线铜牌
Fig 7 terminal copper platoon.
8）调整接线盒内部电缆布线方式，加工电缆支架，将电缆进行分层连接，在相与相接触的电缆间包扎电缆皮进行绝缘防护，在电缆离导电铜排距离近的地方进行整形，防护，留出安全距离。
9）接线盒内部所有连接螺栓加弹性垫片，打应力力矩（40N.m），离接线盒盖板较近的连接螺栓头全部使用绝缘硅橡胶防护。
10）对发电机内部接线及定子绕组进行绝缘电阻测量，结果满足要求（GΩ级）。
11）对发电机内部接线及定子绕组进行直流电阻测量，结果三相阻值平衡且与出厂数据相吻合。
12）对外部连接电缆进行绝缘电阻测量，结果满足要求（TΩ级）。
13）对接线盒内组合CT二次线圈进行绝缘电阻测量，结果满足要求（GΩ）。
所有整改措施实施后，进行机组带载试验，验证了发电机故障处理后的正常工作性能。
5．结论
通过此次发电机接线盒内定子绕组引出线产生相间短路故障探查，并进行根本原因分析，发现发电机接线盒设计缺陷及现场施工安装不规范，制定相应的整改措施并实施，进行可靠性及稳定性试验的验证，使得机组安全可用,为核电厂挽回了工程进度时间及经济损失。
同时给发电机制造厂积累了工程经验，在设计发电机接线盒结构时，要考虑周全，留出足够的安全距离，绕组布线结构要合理，避免出现电缆搭接、交叉金属部件的情况。工艺装配发电机过程中，要仔细检查，各个安装件之间是否存在安全隐患，是否使用了不符合要求的连接螺栓，电缆制作工艺要符合电气安全规范。
参考文献：
[1]周贺良,等.电气工程师手册.北京，中国电力出版社,2008.
[2]李玉海，陈雪峰，李鹏等.电力主设备继电保护的理论实践及运行案例.中国水利水电出版,2009,:16-17
作者简介：杨浩（1984），男，陕西，高级工程师，学士，应急柴油发电机组电气控制系统设计及安装调试