四川中鐵能源五一橋水電有限公司 白加林

探索水電站電氣設(shè)備常見故障與處理措施，需立足整體電氣設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，明確其結(jié)構(gòu)組成，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合各個(gè)歷史階段出現(xiàn)較多的故障問題來進(jìn)行綜合的探索與研究，進(jìn)而推行針對(duì)性的處理措施，避免同類型問題的頻繁發(fā)生，維護(hù)水電站電氣設(shè)備的長久運(yùn)行。

1 水電站電氣設(shè)備發(fā)展概述

在國家提出環(huán)保發(fā)展理念之后，水電站開始在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中扮演著更加重要的角色，而電氣設(shè)備是各種類型水電站維持長久運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素，故而提升電氣設(shè)備管理水平勢在必行。當(dāng)前階段國家水電站電氣設(shè)備依托于行業(yè)與相關(guān)科技的發(fā)展得以迅速更新與完善，并突出以下三方面的發(fā)展趨勢。

1.1 電氣設(shè)備一體化發(fā)展

電氣設(shè)備一體化是水電站未來發(fā)展的大趨勢，其指的是將水電站中所覆蓋的各項(xiàng)電氣設(shè)備，如防雷保護(hù)設(shè)備、配電裝置、高低壓設(shè)備、電站監(jiān)控系統(tǒng)等融為一體，對(duì)其進(jìn)行綜合管理，祛除以往電氣設(shè)備布置分散、運(yùn)行低效的問題，使其逐步具備高效、集約、低成本投入等優(yōu)勢，以此來推動(dòng)國家水電站電氣設(shè)備發(fā)展進(jìn)入新篇章，這不但關(guān)系著水電行業(yè)的發(fā)展，也影響著國家的經(jīng)濟(jì)環(huán)保發(fā)展。

1.2 各項(xiàng)電氣設(shè)備迅速更新?lián)Q代

科技創(chuàng)新、技術(shù)提高是各項(xiàng)電氣設(shè)備更新?lián)Q代、可持續(xù)發(fā)展的前提與必要條件，在進(jìn)入新時(shí)期以后，國家電氣行業(yè)也在與國外一些同類型優(yōu)秀行業(yè)展開全面的合作，開始有各種先進(jìn)電氣設(shè)備與技術(shù)融入中國市場，這給了中國電氣設(shè)備企業(yè)很多的靈感，推動(dòng)其結(jié)合外國先進(jìn)技術(shù)，綜合國情，創(chuàng)新性的研發(fā)適宜中國發(fā)展與應(yīng)用的電氣設(shè)備，推動(dòng)電氣設(shè)備完成舊式電氣設(shè)備→新型電氣設(shè)備→高端設(shè)備的逐步演變，進(jìn)而直接促進(jìn)水電站的高效發(fā)展[1]。

1.3 電氣設(shè)備維修技術(shù)提升

水電站設(shè)備在長久運(yùn)行過程中，雖然出現(xiàn)了各種各樣的故障與問題，但是也給了維修人員較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與操作平臺(tái)，使其在維修過程中驗(yàn)證其理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，這直接導(dǎo)致的結(jié)果是：設(shè)備維修時(shí)間越來越短，各項(xiàng)設(shè)備的使用體驗(yàn)感越來越高、設(shè)備壽命越來越長，這在降低水電站在電氣設(shè)備方面投入的同時(shí)，也利于維持水電站的可持續(xù)運(yùn)行，從而為周邊居民帶來較大的便利，并減輕國家的供電壓力。

2 水電站電氣設(shè)備常見故障

水電站電氣設(shè)備常見故障可從以下數(shù)個(gè)方面進(jìn)行舉例分析：

2.1 變壓器故障問題

2.1.1 異響

運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異響。在某個(gè)階段，若是因外部因素影響，水電站需持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)讓變壓器長時(shí)期處于重負(fù)荷壓力下，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)“嗡嗡”響聲；若是變壓器內(nèi)部絕緣被擊穿或者是某個(gè)構(gòu)件接觸不良，亦會(huì)出現(xiàn)異響；變壓器在產(chǎn)生諧振電壓或者單相接地時(shí)，內(nèi)部會(huì)一直發(fā)出刺耳的聲響，若是一些零件因長久缺乏維護(hù)而出現(xiàn)較大磨損，導(dǎo)致其異常松動(dòng)，亦會(huì)出現(xiàn)異響；若是變壓器布置在潮濕陰暗的區(qū)域，會(huì)讓其部分構(gòu)件持續(xù)吸收水分，絕緣部分一直保持濕潤狀態(tài)，耐壓強(qiáng)度會(huì)將至標(biāo)準(zhǔn)之下，最后出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象，給變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響，并引發(fā)很多的安全隱患。此外還可能是因鐵磁諧振、系統(tǒng)有接地或短路等因素造成的故障[2]。

2.1.2 閃絡(luò)

閃絡(luò)主要指的是絕緣瓷套管的閃絡(luò)現(xiàn)象。如變壓器油氣套管等選用的是質(zhì)量較差的設(shè)備，如果在套管表面產(chǎn)生較多污垢或者電容式套管間隙出現(xiàn)放電問題，也會(huì)造成套管出現(xiàn)閃絡(luò)問題，其會(huì)直接導(dǎo)致大量氣體的出現(xiàn)，若是未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理該項(xiàng)問題，會(huì)引起變壓器油等絕緣部分出現(xiàn)嚴(yán)重的損耗，進(jìn)而引發(fā)各種故障問題。

2.2 母線故障

在水電站電氣設(shè)備中，將變壓器、互感器、發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)的導(dǎo)線稱為母線，其常見故障可分為以下數(shù)個(gè)方面：

2.2.1 接頭不良

母線接頭接頭不良，造成接觸電阻增大，對(duì)地絕緣電阻降低，出現(xiàn)發(fā)熱或者彎曲折斷問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成接頭被燒紅，造成較大的安全隱患。

2.2.2 絕緣不良

母線支持絕緣子因絕緣不良，造成母線對(duì)地絕緣電阻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成母線出現(xiàn)閃絡(luò)或者被擊穿。

2.2.3 閃絡(luò)

在較大短路電流流經(jīng)母線時(shí)，會(huì)在弧光閃絡(luò)與電動(dòng)力的共同作用下，造成母線彎曲、損壞與折斷，最后造成絕緣崩碎[3]。

2.3 互感器故障

2.3.1 電流互感器故障

電流互感器故障包括以下數(shù)種：其一，二次側(cè)開路；其二，工作時(shí)異常發(fā)熱而出現(xiàn)過熱問題；其三，互感器內(nèi)部冒煙或發(fā)出臭味；其四，線圈螺絲松動(dòng)，匝間或?qū)娱g短路；其五，內(nèi)部放電，聲響異常或引線與外殼間產(chǎn)生放電火花；其六，充油式電流互感器漏油嚴(yán)重或油面過低。

2.3.2 電壓互感器故障

其一，電壓三相指示不平衡；其二，中性點(diǎn)不接地；其三，高壓保險(xiǎn)多次熔斷；其四，中性點(diǎn)接地、電壓波動(dòng)；其五，電壓指示不穩(wěn)；其六，電壓互感器二次回路斷線或短路；其七，電容式電壓互感器的二次電壓波動(dòng)；其八，聲音異常[4]。

2.4 發(fā)電機(jī)故障

2.4.1 定子繞組溫度高

水輪發(fā)電機(jī)組定子溫度高的原因有：其一，進(jìn)風(fēng)溫度過高或進(jìn)水溫度過高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象；其二，負(fù)載不正常，電壓長期偏高，會(huì)增加鐵損；電流過大，銅損增加，出現(xiàn)定子繞組溫度高；其三，定子鐵心通風(fēng)不足，風(fēng)道被堵塞，定子繞組表面臟污，定子內(nèi)粉塵和油污嚴(yán)重，散熱不良。

2.4.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地的原因有：其一，轉(zhuǎn)子滑環(huán)絕緣損壞、轉(zhuǎn)子槽口絕緣損壞、轉(zhuǎn)子槽絕緣和端部絕緣損壞、轉(zhuǎn)子引線絕緣損壞等引起接地；其二，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長期旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子線圈因雜物或振動(dòng)使轉(zhuǎn)子部分匝間絕緣墊片損壞造成轉(zhuǎn)子接地；其三，轉(zhuǎn)子繞組局部過熱，絕緣老化引起轉(zhuǎn)子接地。

3 水電站電氣設(shè)備常見故障處理措施

3.1 變壓器故障處理措施

3.1.1 異響處理

其一，停電檢查。若是有備用變壓器，將故障變壓器所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用變壓器，停下故障變壓器，進(jìn)行系統(tǒng)的檢查，因不停電不可能完全診斷，其中可能存在絕緣不好與放電等其他問題，因此需依據(jù)變壓器的故障特點(diǎn)來展開定點(diǎn)檢查；其二，判斷問題故障原因并進(jìn)行針對(duì)性處理。變壓器內(nèi)部突然發(fā)出不正常聲音，但很快消失。這是由于大容量動(dòng)力設(shè)備在啟動(dòng)或外部發(fā)生短路事故造成的，此時(shí)只需對(duì)變壓器及外部系統(tǒng)詳細(xì)檢查即可；變壓器內(nèi)連續(xù)不斷地發(fā)出不正常聲音時(shí)，應(yīng)報(bào)告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)并增加巡視檢查次數(shù)或?qū)Ｈ吮O(jiān)視；其三，故障處理。針對(duì)故障原因，制定針對(duì)性的維修計(jì)劃，并貫徹落實(shí)，比如若是負(fù)荷高所致，應(yīng)向調(diào)度部門申請(qǐng)，降負(fù)荷或者平均各個(gè)時(shí)間段的負(fù)荷來處理；若是因環(huán)境潮濕所致，則增設(shè)干燥器或防潮措施處理。

2020年3月20日，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)五一橋公司1B主變出現(xiàn)異常的嗡鳴聲，變壓器負(fù)荷調(diào)整后異常聲音一直存在，經(jīng)過3月22日、6月20日、9月25日、12月20日的油化試驗(yàn)均正常，2021年3月主變檢修時(shí)，打開進(jìn)人門后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部部分緊固的絕緣螺栓有松動(dòng)現(xiàn)象，更換絕緣螺栓并緊固后，1B 變壓器帶電后運(yùn)行聲音正常。

3.1.2 閃絡(luò)處理

其一，首先停運(yùn)變壓器，對(duì)閃絡(luò)套管進(jìn)行系統(tǒng)的檢查與測量，若是難以發(fā)現(xiàn)其中存在的具體問題，需進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)，在明確結(jié)果之后再做進(jìn)一步處理；如果是油氣套管本體原因，需要選用合格產(chǎn)品進(jìn)行更換處理；如果是套管表面臟污等原因，應(yīng)對(duì)套管表面進(jìn)行清理，因防止清理不及時(shí)發(fā)生更大的閃絡(luò)；對(duì)于變壓器內(nèi)部故障的閃絡(luò)，只有通過定期油化試驗(yàn)，分析定期油化數(shù)據(jù)，判斷變壓器是否發(fā)生內(nèi)部閃絡(luò)，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)縮短變壓器油油化間隔時(shí)間來判斷是否是內(nèi)部發(fā)生閃絡(luò)。

3.1.3 后續(xù)處理

其一，試運(yùn)行。在故障問題解決之后進(jìn)行試運(yùn)行，若是不再發(fā)生類似，說明問題已經(jīng)解決，若是依舊存在類似問題，說明問題未解決，或者是存在多處問題，應(yīng)再次重復(fù)以上步驟來解決故障問題；其二，要求故障維修人員定期檢查各項(xiàng)電氣設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其潛在的問題，避免故障問題進(jìn)一步擴(kuò)大，并詳細(xì)記錄其故障位置、原因與時(shí)間點(diǎn)，為后續(xù)相似故障問題的處理提供參考性資料，保障水電站電氣設(shè)備的可持續(xù)運(yùn)行。

3.2 母線故障處理

3.2.1 尋找故障點(diǎn)

從母線本身出發(fā)，逐次檢查與其連接的各項(xiàng)設(shè)備，并按照順序斷開開關(guān)，切斷互感器，結(jié)合故障特征與故障帶來的后果，分析可能存在的故障問題，尋找各個(gè)故障點(diǎn)。

3.2.2 故障原因分析

分析故障原因，主要包括以下數(shù)點(diǎn)：斷路器套管與母線絕緣子表面過于污穢造成的閃絡(luò)；裝置在母線上的電壓互感器及斷路器與母線間的電流互感器出現(xiàn)故障；進(jìn)行倒閘操作時(shí)造成隔離開關(guān)或斷路器的支持絕緣子損壞；運(yùn)行人員誤操作，比如帶負(fù)荷拉刀閘致使弧光短路。

3.2.3 故障處理

針對(duì)上述故障原因，進(jìn)行針對(duì)性的處理，強(qiáng)調(diào)以下數(shù)點(diǎn)：若是表面污穢所致，需在斷電之后清理干凈表面污穢；若是電流互感器所致，需整修或者更換互感器，使其滿足使用所需；若是支持絕緣子損壞，需嚴(yán)格規(guī)范倒閘流程與措施，規(guī)范工作人員的具體行為，使其按照操作標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行系列操作任務(wù)，避免同類問題發(fā)生；根據(jù)中低壓母線系統(tǒng)的保護(hù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)，防止和降低電弧光的危害，該保護(hù)系統(tǒng)采用弧光檢測和過流檢測雙判據(jù)原理，動(dòng)作快、可靠性高，能夠較大程度保護(hù)母線安全。

3.3 互感器故障處理

3.3.1 電流互感器故障處理

其一，故障判斷。通常應(yīng)根據(jù)出現(xiàn)的異常現(xiàn)象來進(jìn)行判斷處理。例如用試溫蠟片檢查發(fā)熱情況，根據(jù)響聲和表計(jì)指示值來判別是否開路，若互感器聲響近于變壓器滿載時(shí)的聲響，則多數(shù)為二次開路所致。從指示儀表也可直觀判斷互感器有無異常，如電流表為零或保護(hù)裝置電流回路無電流，此故障一般為電流互感器二次回路斷路引起，一旦發(fā)現(xiàn)故障，便立即進(jìn)行修理或更換；其二，加強(qiáng)巡檢工作：檢查互感器各個(gè)位置有無過熱現(xiàn)象及異聲異味；定期校驗(yàn)絕緣情況；檢查電流表的三相指示值是否在允許范圍內(nèi)，是否在過負(fù)荷運(yùn)行；瓷質(zhì)部分是否清潔完整，有無損壞和放電現(xiàn)象；若是充油式電流互感器，則檢查其油位是否正常，有無滲、漏油現(xiàn)象。

3.3.2 電壓互感器故障處理

其一，分析上述故障特點(diǎn)，探究其故障原因，比如保險(xiǎn)損壞、諧振、內(nèi)部絕緣損壞、層間和匝間故障、接地不良等原因；其二，提出在操作時(shí)可能誤動(dòng)的自動(dòng)裝置或者保護(hù)裝置，拔掉二次保險(xiǎn)，斷開故障電壓互感器二次開關(guān)；其三，若是電壓互感器故障相或者三相高壓保險(xiǎn)已經(jīng)被熔斷，將隔離開關(guān)斷開，以此來隔離故障，避免問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。若是高壓保險(xiǎn)還處于完好狀態(tài)，但是互感器已經(jīng)損壞嚴(yán)重，代表高壓側(cè)絕緣已經(jīng)不起作用，嚴(yán)禁通過取下隔斷器或者以隔離開關(guān)來斷開故障互感器，可選擇以斷路器來切除故障，并在不帶電條件下斷開隔離開關(guān)，重新供電；其五，故障隔離，一次母線并列之后，合上電壓互感器二次聯(lián)絡(luò)，再次投入自動(dòng)裝置與保護(hù)裝置；其六，若是互感器著火，第一時(shí)間切斷電源，以1211滅火器、干粉滅火器來滅火。

3.4 發(fā)電機(jī)故障處理

3.4.1 定子繞組溫度高

其一，利用機(jī)組C 修機(jī)會(huì)，及時(shí)疏通或清理冷卻器，保持發(fā)電機(jī)空冷冷卻水進(jìn)水溫度正常，冷卻效果好；其二，控制發(fā)電機(jī)負(fù)荷在正常范圍內(nèi)運(yùn)行，監(jiān)視定子電流不超額定值；其三，利用A 修及時(shí)清理定子鐵心通風(fēng)槽，清洗通風(fēng)風(fēng)道和定子繞組表面，洗掉定子表面內(nèi)粉塵和油污，保證定子散熱良好。

3.4.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地

其一，及時(shí)清理轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳粉，檢查轉(zhuǎn)子時(shí)注意槽口、端部、引線等重點(diǎn)部位，防止運(yùn)行過程中這些部位絕緣損壞等接地；其二，檢修時(shí)重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子線圈、匝間絕緣墊片、磁極間絕緣撐塊等，防止運(yùn)行中變位，損壞絕緣造成轉(zhuǎn)子接地；其三，運(yùn)行過程中注意監(jiān)視勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流，防止轉(zhuǎn)子繞組過勵(lì)磁運(yùn)行造成局部過熱。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一點(diǎn)接地應(yīng)及時(shí)處理，防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地，造成事故擴(kuò)大。