李 強，周 鵬，張慶杰

（1.萊蕪市喬店水庫管理處，山東 萊蕪 271100；2.萊蕪市水利與漁業(yè)局，山東 萊蕪 271100）

雪野水庫壩后式水電站始建于1972年1月，于1976年10月投產(chǎn)運行，電站裝機容量2臺,分別為800kW和250kW,單機設(shè)計流量分別為9.8m3/s和2.5m3/s。電站自使用以來在為灌區(qū)群眾用電提供便利的同時，也為水庫管理處創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。但在電站運行中，電器設(shè)備故障隨時都會發(fā)生，且故障多種多樣，涉及到電氣系統(tǒng)的各個部位。要想排除設(shè)備故障點，就要求技術(shù)人員必須掌握一定的專業(yè)技術(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障并熟練、可靠地將其排除。根據(jù)電站的維修、改進情況以及筆者多年從事此項技術(shù)工作所積累的經(jīng)驗，現(xiàn)對小水電電氣設(shè)備常遇到的電器故障與處理方法闡述如下。

1 電抗器引發(fā)故障的處理

電站為了減少主變溫升，增加出力，往往將主變低壓側(cè)中心點經(jīng)電抗器接地，而發(fā)電機中心點直接接地，就會引起發(fā)電機中線電流不平衡、準同期裝置失靈及電抗器、主變與線路的諧振。

1.1 中心線電流變化及其處理

對于幾臺發(fā)電機并列運行，中心線電流隨所帶負荷不平衡而發(fā)生巨大變化；且并列運行時，某臺發(fā)電機所帶負荷相對其它機組越大，則該機中心線的電流就越大。這是因為其他發(fā)電機三次諧波電流與該機形成環(huán)流，造成該機中心線電流大大增加。此時會導(dǎo)致中線過熱，甚至熔化。因此，要求并列運行時盡量調(diào)整各臺發(fā)電機所帶負荷的平衡。

1.2 準同期并網(wǎng)裝置失靈及其處理

發(fā)電機中心線直接接地，系統(tǒng)側(cè)的“零點”（主變中心點）是經(jīng)電抗器而接地，對交流電來說，經(jīng)電抗器后電流就滯后電壓90度。因此，對于直接取用機端電壓（220V）進行并網(wǎng)的同期裝置，兩個零點之間就存在著22V左右的電壓差，造成同期裝置失靈。

在實際操作中，只要用一根1.5mm2導(dǎo)線將主變中心點接地，同時引一根地線到同期裝置并適當(dāng)調(diào)大并網(wǎng)角度，即可解決此類問題。

1.3 線路主與變及電抗器間的諧振

某電站3臺250kW機組，兩臺175kW機組，1號主變?nèi)萘繛?000kWA，2號主變?nèi)萘繛?00kWA。開機并網(wǎng)時發(fā)現(xiàn)準同期裝置失靈，同期轉(zhuǎn)向燈不正常，白燈、紅燈同時熄滅。測同期裝置引入電源電壓分別為210V、340V,測母線三相對地電壓分別為 170V、230V、340V，短路電抗器三相對地電壓均在220V左右，同期裝置及轉(zhuǎn)向燈也恢復(fù)正常，以此現(xiàn)象判定為諧振。

處理方法有三種：其一，先投入2號主變并上一臺175kW機組，破壞諧振點，再并250kW機組；其二，采用1個轉(zhuǎn)換開關(guān)，250kW機組并一臺前，先將電抗器短接，并上機組后再切除短接；其三，有條件的地方采取補償電容，一方面可以破壞諧振，另一方面又可以補償機組無功，這是最恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2 中性點不接地系統(tǒng)電壓不平衡現(xiàn)象

2.1 電壓互感器熔斷器熔斷

電壓互感器熔斷器熔斷有高壓熔斷器熔斷和低壓熔斷器熔斷之分，出現(xiàn)的現(xiàn)象也是完全不一樣的。

2.1.1 高壓熔斷器熔斷

1）單相高壓熔斷器熔斷。由于PT有一定的感應(yīng)電壓，故障相電壓降低，且不為零，非故障相電壓正常，向量角為1200，同時由于熔斷器熔斷使一次側(cè)電壓不平衡，造成開口三角形有電壓，即有零序電壓。如圖1，A相高壓熔斷器熔斷，矢量合成結(jié)果零序電壓3U0，數(shù)值等于相電壓 Ux（下同），電壓表指示約為 33V左右，故能起動接地裝置，發(fā)出接地信號。若機組運行時出現(xiàn)這種情況，由于高壓熔斷器熔斷等于保護退出，故要求電站值班人員向調(diào)度申請停機，通知檢修更換高壓熔斷器。

2)兩相高壓熔斷器熔斷。同樣由于PT感應(yīng)效應(yīng)，故障相電壓降低，不為零，非故障相電壓正常，同時一次側(cè)電壓也不平衡，開口三角形也有電壓，例如，A相、B相高壓熔斷器熔斷，矢量合成結(jié)果（見圖2），只有一相 C相，零序電壓3u0，數(shù)值也等于相電壓 uX，約為33V左右，故能起動接地裝置，發(fā)出接地信號，處理方式同一相熔斷器熔斷一樣。

2.1.2 低壓熔斷器熔斷

單相低壓熔斷器熔斷時，由于是一次側(cè)熔斷器熔斷，一次側(cè)電壓正常，所以故障相電壓為零，非故障相電壓正常，其向量角為120°。開口三角形處沒有零序電壓，不能起動接地裝置，不發(fā)出接地信號。出現(xiàn)這種情況，只要電站運行人員及時自行更換低壓熔斷器就可以了。兩相低壓熔斷器熔斷，也是故障相電壓為零，非故障相電壓正常，A處理方法和單相熔斷一樣。

2.2 單相接地

單相接地，可分金屬性接地和非金屬性接地。若A相接地，其電壓向量圖見圖3、圖4。若用K表示單相接地系數(shù)，則 K=u0d/uX(0≤K≤1.0，K=0為不接地，K=1為金屬性接地)

由圖3和圖4可知各相對地電壓的特點：

1)相對地電壓 uAd。K=0 時，uAd=uX；K=1 時，uAd=0；當(dāng)K在0～1.0之間變化時，uAd在uX～0之間變化，故接地相對電壓uAd降低，但不為零。

2)非接地相對地電壓 uBd。 K=0時，uBd=uX；K=1時，uBd=3uX；即上升為線電壓，K值在0～1.0之間變化時，uBd相量的始端沿著圖的半圓OdA變動?？梢?，在一定范圍內(nèi)單相(A相)非金屬性接地，非接地相(B相)對地電壓是降低而不是升高的。在這個范圍內(nèi)接地相(A相)對地電壓也不是最低的。故不能用對地電壓最低作為判斷接地相的依據(jù)。當(dāng)不在這個范圍內(nèi)，B相對地電壓會升高，且不超過線電壓。

3)非接地相對地電壓 uCd。 K=0時，uCd=uX；K=1時，uCd=3uX；即上升為線電壓；當(dāng)K在 0～1.0之間變化時，uCd相量的始端沿著圖的半圓OdA變動?？梢?，uCd總是升高的，在一定范圍內(nèi)單相(A相)非金屬性接地，非接地相(C相)對地電壓最高可超過線電壓。

4)點對地電壓 uOd。 K=0 時，uOd=0；K=1 時，uOd=uX；K在0～1.0之間變化時，uOd在0～uX。當(dāng)然對這個電壓電壓表是沒有辦法顯示出來的，但對它有一定的了解，對分析電網(wǎng)的問題很有幫助。

總之，在0

3 發(fā)電機電壓達不到額定電壓

雪野水庫小型水電站發(fā)電運行時，一次發(fā)現(xiàn)發(fā)電機發(fā)點電壓達不到額定值。在發(fā)電機剛檢修完好的情況下，起動發(fā)電機到額定轉(zhuǎn)速后，在升壓時，減少勵磁機磁電阻勵磁電壓和發(fā)電機定子電壓都升不上來。這樣維修人員必須查明故障原因。勵磁機勵磁電壓的建立，起先是由剩磁所引起的，所以當(dāng)勵磁機失去剩磁時，勵磁電壓便建立不起來，檢修過的發(fā)電機剩磁很容易消失。

如果在解體檢修勵磁機時，由于接線錯誤把勵磁線圈正負極接反，這樣再次起動運行，則勵磁機、勵磁線圈中流過的電流產(chǎn)生的磁通與鐵芯原有剩磁方向相反，使剩磁削弱或者完全消失，所以電壓建立不起來。

在查明原因后，再對故障進行排除，處理方法是，這時應(yīng)檢查勵磁回路（包括勵磁機內(nèi)部）有無斷線，電刷位置是否正確，電刷接觸是否良好，如果檢查結(jié)果正常，而勵磁電壓表又有很小的指示值，表示勵磁線圈接錯方向，應(yīng)把勵磁線圈正負極性對換一下。如果勵磁電壓表沒有指示，應(yīng)在勵磁機勵磁線圈上加直流電源（一般用蓄電池）進行充磁。充磁時直流電源正負兩極應(yīng)和勵磁線圈正負兩端對應(yīng)接觸一下即可。在進行外加直流電源充磁時，最好把勵磁開關(guān)切斷、勵磁電阻加到最大，防止發(fā)生高電壓。

4 發(fā)電機內(nèi)部絕緣故障

在運行中發(fā)電機斷路器和勵磁開關(guān)突然自動跳閘，發(fā)電機回路中的指示表針全指零，檢查繼電器動作情況時發(fā)現(xiàn)差動繼電器動作。有時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機內(nèi)部或風(fēng)道中冒煙或冒火星，并有絕緣燒焦臭味，這種現(xiàn)象說明發(fā)電機內(nèi)部有絕緣故障。這是因為發(fā)電機線圈絕緣損壞或鐵芯短路引起的。故障情況一般是由單相接地或是匝間短路而擴大成為相應(yīng)短路使繼電保護動作。

發(fā)生接地故障的原因有以下幾種：

1）過電壓引起。在發(fā)電機電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地時，其他兩相電壓會升高，最高達倍。更為嚴重的過電壓是發(fā)生在單相弧光接地時，可能使未故障相對地電壓升高3～3.5倍。在發(fā)電機電壓引出線路上，發(fā)生A相弧光接地時，若發(fā)電機定子線圈BC兩相中有一相絕緣不良，則絕緣不良的一相就會被電壓擊穿，從而發(fā)生兩點接地故障。此外，在直配線系統(tǒng)中，由于防雷設(shè)施不恰當(dāng)，發(fā)電機也容易遭受到雷電波的襲擊，而打穿線圈絕緣。

2）溫度過高引起。如果長時間的線圈溫度過高或鐵芯短路發(fā)熱，其結(jié)果使線圈絕緣惡化，即絕緣強度降低，這就更容易使絕緣擊穿。

3）在檢修時因不注意而把工具零件丟在發(fā)電機里；或是在運行中轉(zhuǎn)子上的零件，如綁線式轉(zhuǎn)子的綁線甩開，搭在絕緣線圈上，造成絕緣損壞。

4)由于定子線圈端部接頭焊接不良，在運行中過熱，使接頭開焊而引起電弧將絕緣燒壞。

當(dāng)差動繼電器動作時，除去發(fā)電機本體故障外，在繼電器保護范圍里其他地方短路都能發(fā)生動作，特別是電纜最易發(fā)生故障，所以還要檢查發(fā)電機電纜以及差動繼電器保護范圍里的其他設(shè)備有沒有絕緣打穿痕跡。

預(yù)防發(fā)電機線圈內(nèi)部絕緣故障主要是按規(guī)定定期進行發(fā)電機絕緣的耐壓試驗，用以判斷絕緣是否劣化。如發(fā)現(xiàn)上述情況，值班人員應(yīng)把勵磁機勵磁變阻器調(diào)到最大值，將發(fā)電機斷路器及勵磁開關(guān)的遠方控制開關(guān)打到斷開位置，應(yīng)停止運行檢查。如發(fā)生火災(zāi)應(yīng)按發(fā)電機火災(zāi)事故處理，然后再根據(jù)情況逐步進行檢查檢修。

5 結(jié) 語

上面四種情況是小型電站最常碰到的。電站運行人員對這方面的故障應(yīng)有清楚的認識，以便能“穩(wěn)、準、快”的處理類似的故障。其中第二種故障中第二種情況，是整個電網(wǎng)的故障時，需要電詢調(diào)度，具體處理由調(diào)度決定。

由上述幾種情況分析看出，電站運行人員首先必須了解電氣設(shè)備運動形式，對各種電氣設(shè)備的型號、規(guī)格、銘牌、參數(shù)要熟練掌握。掌握設(shè)備的工作性能、工作原理及控制特點，是發(fā)現(xiàn)與排除故障的前提條件，熟悉各電器元件在設(shè)備的具體位置及線路的布局，充分掌握電氣原理與實際配線的一一對應(yīng)，是排除故障、提高設(shè)備性能的基礎(chǔ)。這樣在設(shè)備運行過程中，才能合理分析各種故障情況，做到分析判斷準確，處理及時，以確保設(shè)備的安全運行。