孫浩暉， 闞永庚， 孫明權

(1.華北水利水電大學電氣工程學院， 河南 鄭州 450046； 2.江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚州 225200)

泵站電氣設備故障具有復雜性、隱蔽性等特點，排除電氣設備故障不僅需要較高的專業(yè)知識，還需具備正確的分析方示。電氣設備所處的狀態(tài)可以簡單劃分為工作狀態(tài)和不工作狀態(tài)，或運行狀態(tài)和停止狀態(tài)。查找電氣故障應根據(jù)設備的不同狀態(tài)進行分析，對設備的狀態(tài)劃分得越細，對查找電氣故障越有利。對于一種設備或一種裝置，其中的部件和零件可能處于不同的運行狀態(tài)，查找其中的電氣故障必須將各種運行狀態(tài)區(qū)別清楚，根據(jù)不同元器件的工作狀態(tài)或同一種元器件在不同位置的狀態(tài)進行分析比較。本文主要從宏觀和測量這兩個方面對故障排查進行分析，宏觀分析法需要有豐富的實踐經(jīng)驗，兩種方法可單獨使用，也可結合使用。

1 電氣回路故障宏觀分析法

宏觀分析法主要是對電氣故障設備進行總體分析，查看故障設備，通過比較分析，確定故障元器件或故障部位。

1.1 對比法

對比法一般為兩個相同的電路或電氣元件，通過故障電路和非故障電路的比較，可以精確查找故障位置。

如果電路中有2個或2個以上的相同部分，可對其工作情況作對比。因為同時發(fā)生相同故障的可能性較小，因此通過比較，可以方便測出各種情況下的參數(shù)差異，通過合理分析，可以方便地確定故障范圍和故障情況。例如，根據(jù)相同元件的發(fā)熱情況、振動情況、電流、電壓、電阻及其它數(shù)據(jù)，可以確定該元件是否過負荷、電磁部分是否損壞、線圈繞組是否有匝間短路、電源部分是否正常等。使用這一方法時應特別注意，兩電路部分工作狀況必須完全相同時才能互相參照，否則不能比較，至少是不能完全比較。

1.2 交換法

當有2臺或2臺以上的電氣控制系統(tǒng)時，可把系統(tǒng)分為幾個部分，將各系統(tǒng)的部件進行交換。當換到某部分時，電路恢復正常工作，而將故障換到其他設備上時，其他設備出現(xiàn)了相同的故障，說明故障就在該部分。當只有1臺設備時，而控制電路內(nèi)部又存在相同元件時，可以利用元件替換法查找故障。

對于值得懷疑的元件，可采用替換的方法進行驗證。如果故障依舊，說明故障點懷疑不準，可能該元件沒有問題。但如果故障排除，則與該元件相關的電路部分存在故障，應加以確認。

1.3 單元分割法

一個復雜的電路總是由若干個回路組成的，泵站電氣設備二次回路按功能分有控制回路、信號回路、保護回路、監(jiān)測回路，遙控、遙訊等，并且每個回路還有許多條支回路，查找電氣故障時，可以將這些單元分割開來，然后根據(jù)故障現(xiàn)象，將故障范圍限制于其中一個單元或幾個單元。電路復雜，范圍很廣。因此，首先要從故障現(xiàn)象分析故障與哪個回路有關，先確定故障在哪個回路。回路確定后，再分析故障可能在哪條支回路，然后逐項檢查該支回路中的有關的電氣元件，此時，可以利用元件交換法等進一步縮小故障范圍，準確查出故障位置[1]。

2 電氣回路故障測量分析法

測量分析法主要是對電氣回路進行測量，根據(jù)開關狀態(tài)的變化或測量儀表的讀數(shù)判斷故障范圍，主要有短接法和測量電壓法。

2.1 短接法

短接法可分為直接短接法和間接短接法。檢查測量時，不能越過降壓元器件進行直接短接或多支路互為短接，否則會產(chǎn)生短路故障或電路動作紊亂。在用短接法排除電氣回路或電氣設備故障時，一定要將主回路的電源斷開，以免引起主設備誤啟動，造成其他后果。

2.1.1 直接短接法

用一根絕緣良好的導線，或單極開關、試驗按鈕，把所懷疑的開路觸點或某段線路直接短接，如在短接過程中控制電路被接通，則說明被短接的元件或線路段有開路故障。特別要指出的是，用該方法時，最好用帶熔斷器的刀閘來短接，并且只能短路電路中沒有電壓降的元件，否則會發(fā)生短路事故。

2.1.2 間接短接法

(1)使用萬用表的歐姆擋，不能使用兆歐表。因為兆歐表顯示電阻的單位是MΩ級，只適宜測量大電阻和電氣設備的絕緣電阻，不宜測量是否通路的小電阻。采用該方法測量時必須斷開回路或設備電源，否則將損壞檢測表計。

用萬用表的歐姆擋分段測量線路或元件的正常阻值，當發(fā)現(xiàn)某電氣元件不通或阻值與正常值相差較大時，則此元件可能就是故障元件，應仔細檢查，如損壞需及時更換。使用導通法時，必須注意被測元件有無旁路，否則會造成誤判斷，如有旁路，必須將旁路拆開。

(2)利用小功率燈泡，燈泡的電壓等級要與故障電路的電壓等級相符(一般為220 V、功率不大于15 W)，做成檢測燈，用此檢測燈兩端引線分別跨接懷疑的常開按鈕、接點、觸點等?？蓪z測燈的一端固定在N端的熔斷器下方,另一端分別從N端向L端分段檢測按鈕、接點、觸點等，用燈泡法檢測交流電動機控制回路故障如圖1所示。當檢測按鈕、接點、觸點的一端檢測燈不亮，而檢測到另一端燈亮時，則證明可能此按鈕、接點、觸點有開路故障。

圖1 用燈泡法檢測交流電動機控制回路故障

嚴禁利用燈泡法檢測保護和控制回路故障，因為燈泡的阻值較小，當利用燈泡法檢測保護和控制回路故障時，可能會造成斷路器誤動作。

圖2 用燈泡法檢測控制回路示意圖

用燈泡法檢測控制回路示意圖(圖2)中，當利用燈泡檢測A點與B點的電壓時，由于燈泡的阻值大大低于KCO的阻值，大部分電壓會降落在KCO上；這時，KCO將會動作于跳閘；如果檢測A點與C點或A點與D點的電壓時，可能會造成跳閘線圈YT動作，這是不允許的。

2.2 測量電壓法

用萬用表交流、直流擋或交直流電壓表測量電源電壓或設備上的電壓。若發(fā)現(xiàn)所測處的電壓與實際值或正常值不符，則可能是故障可疑處。電路在工作時，不同點之間的電壓也不同，如果在電壓不同的兩點之間接入一個電阻固定的支路時，支路中就會有電流通過，通過并接在支路中的電壓表的讀數(shù)，可讀出此時的電壓值。測量時，由于電壓表并聯(lián)于電路中，因此其內(nèi)阻的大小是電壓表的一個重要參數(shù)。內(nèi)阻越大對電路的影響就越小，測量誤差也就越小。一般先測電源電壓，然后測支路電壓，如果兩點之間的電壓不為0，則可以肯定兩點之間接觸不良或有一定的阻值。如：接觸器線圈兩端電壓為電源電壓而接觸器不動作，則線圈回路不通。測量電壓法又分為：電壓降法和對地電位法。

2.2.1 電壓降法

采用電壓降法時，應在回路帶電的情況下測量。用萬用表的電壓擋或電壓表(選用萬用表或電壓表時，應注意表的內(nèi)阻應大于2 000 Ω/V)。具體測量方法是將用萬用表的表筆一端固定在回路的負電源(或正電源端)上，另一端分別從回路的正電源(或負電源)一側往回路的負電源(或正電源)端測量電壓。

當發(fā)現(xiàn)該回路或設備上電壓表指示值過小或無指示時(與設備或回路在正常時的電壓不相符)，則表明該回路或設備有開路故障，或者該回路或該設備存在低阻短路故障。總之，故障可能在此回路或此元件，應對其進行重點檢查[2]。

2.2.2 對地電位法

電路在不同的狀態(tài)下，電路中各點具有不同的電位分布，因此，可以通過測量并分析電路中某點的電位情況，來確定電路故障的類型和部位。

采用對地電位法時，應在回路帶電情況下測量。在測量各點電位時，可將電壓表的一端接地(或控制、保護屏的金屬外殼)電壓表的另一端測量回路中的各點；如果被測點為正極性，則應將電壓表的“+”端觸及該點，而電壓表的“-”端接地。如對地電位法檢查故障示意圖(圖3)所示：在01或02處若測得的電壓值為110 V(既回路額定電壓的1/2)，則證明正負電源是正常的；然后分別測量07、09、33、37對地電壓。當發(fā)現(xiàn)某點上電壓表指示值過小或無指示時(與設備或回路在正常時的電壓不相符)，則表明故障可能在此回路或此元件，應重點檢查。

對地電位法要注意該回路中電壓降的極性分界，回路中電壓降的極性分界是以該回路中最大的降壓元件為分界的。如圖3中該回路中最大的降壓元件為YT，YT左側39、37、09、07、01均為正極性，右側02為負極性。

圖3 對地電位法檢查故障示意圖

在圖3中電壓表讀數(shù)之所以會指示回路額定電壓的1/2值，是因為一般在直流系統(tǒng)中，安裝有絕緣監(jiān)察裝置，其原理如圖4所示。

圖4 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察示意圖

在直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察示意圖(圖4)中，直流絕緣監(jiān)察繼電器KVI線圈的公共端接地。因為，絕緣監(jiān)察繼電器KVI線圈的電阻遠遠小于電壓表的內(nèi)阻，所以在測量01或02處時電壓值為110 V(即回路額定電壓的1/2)，只是在測量負對地電壓時，地電位為正；測量正對地電壓時，地電位為負[3]。

3 電氣回路排查注意事項

在排查電氣設備故障時，除遵守電業(yè)工作安全規(guī)程以外，還應該注意以下幾點：

(1)至少有2人參加，由1人負責監(jiān)護；工作人員必須明確工作目的和工作方法，熟悉二次回路，按照符合實際接線的圖紙進行工作。

(2)必須停用保護時，停用時間要盡可能短，并經(jīng)調(diào)度部門同意，雷雨或惡劣天氣不得退出保護。

(3)進行保護整組試驗時，應事先查明是否與運行斷路器有聯(lián)帶關系，如一組保護跳多臺斷路器時，應先切除跳其他設備的壓板后才允許進行試驗。

(4)測量二次回路的電壓時，必須使用高內(nèi)阻的電壓表。如果使用萬用表測量電壓，則萬用表電壓擋的內(nèi)阻不得小于2 000 Ω。禁止使用燈泡、低阻線圈等代替電壓表測量二次回路電壓，以免在測量過程中引起回路參數(shù)改變，造成裝置誤跳或誤合釀成事故。

(5)如果在運行中的電源回路上測量電流，須事先核實電流表及其引線是否良好，嚴防在測量過程中切換電流檔位，以防電流回路開路造成人身或設備事故。測量電流的工作應在電流端子上進行，不允許用纏繞的方法引線，工作時應站在絕緣墊上。

(6)工作使用的工具應大小適中，絕緣符合要求，并使金屬外露部分盡可能少，以防發(fā)生短路。

(7)工作中拆動的螺絲、二次線、壓板等，應先核對圖紙并做好記錄或在設備上標上名顯的標記，工作完后應按順序及時恢復，并進行詳細的全面檢查。

(8)換元器件一定要和原元件型號、規(guī)格、性能相符。特別要提醒的是在更換微機保護插件板時，不但要注意插件的型號、規(guī)格、性能相符，還要檢查新插件與原插件內(nèi)存的數(shù)據(jù)和軟壓板的I/O是否相符，否則也會造成保護裝置誤動作。

(9)在泵站電氣設備的二次回路上工作結束后，應將處理的內(nèi)容、更改的接線、調(diào)整后的保護數(shù)據(jù)詳細記錄在繼電保護記錄簿上，以便有據(jù)可查[4]。

4 結 語

隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境治理的需要，尤其是近年來極端天氣的增多，對水源的調(diào)度要求越來越高，泵站發(fā)揮的作用越來越大，特別是在2019年蘇北地區(qū)60年一遇的大旱中，江都站連續(xù)運行235 d，抽水70多億m3，有效緩解了蘇北地區(qū)的旱情。如果沒有完善的電氣系統(tǒng)和經(jīng)驗豐富的管理保障隊伍，是難以實現(xiàn)的。

泵站電氣設備故障排查方法很多，不同的電氣技術人員因其習慣不同，處理問題的方式也不盡相同，但無論采用什么方式，都離不開對電路的宏觀分析和回路測量檢查。隨著電氣設備模塊化程度越來越高，對比法和交換法在元器件故障排查中更加實用，如果是回路接線問題，則需要通過測量來排查。電氣設備的運行管理對專業(yè)知識的要求高，特別是設備故障的排查更需要對設備性能熟悉、電氣原理的理解和實踐經(jīng)驗的積累。