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摘要：我国水能资源丰富，发展水电就成为满足电力需求的重要途径。电气设备是支撑水电站运行的紧要设备，在水电生产中发挥着关键作用，其设备故障对水电生产影响很大，分析和排除故障对维持水电站正常运转具有积极意义，因此本文对有关内容进行了探讨。
关键词：水电站；电气设备；故障；分析；排除
1 水电站电气设备故障及排除方法
1.1 水电站电气设备故障
水电站电气设备是指发电设备、变电设备、开关设备及监控设备，前面三种一般称为一次设备，后面一种称为二次设备。电气设备受到温升（发热）、电动力、电弧、电压与频率变化、三相电不平衡、电气接地状况、电路切换不正常等因素影响就会产生故障[1]。以温升为例，发热会造成导电金属软化、机械性能下降、电接触面氧化、绝缘材料破坏等问题，从而引起故障。
1.2 水电站电气设备故障排除的一般方法
引起电气故障的原因多种多样，表象也极为丰富，同类故障不同现象，现象相同却不一定属于同一类故障。一般应从故障现象分析故障原因，再排除故障，概言之即由表及里的方法。经过长期实践，人们总结出许多排除电气故障的方法，概括起来，可以分为经验法、检测法、分析法和模拟法。经验法是按照经验来判断故障，例如黑箱观察法、电路敲击法、弹压活动部件法。检测法是利用仪器、仪表来检测故障，常用电压法和电阻法[2]。本文所指分析法运用分析的方法找出故障原因，例如状态分析法、图形分析法、单元分析法、回路分析法、推理分析法、简化分析法、树形分析法等。本文所指模拟法是指利用计算机模拟复杂回路或网络，从而找出与实际故障类型、原因一致的故障。上述方法正好是由简到繁，由粗到细的过程。比较简单的故障可以利用经验法排除，稍复杂一些的故障可以通过检测法找到故障原因，更复杂的一些故障可以采用分析法排除。但实际上，各种方法是相互渗透、交互使用的，这样才更有效率。
2 水电站电气设备常见故障与排除
2.1 发电机故障
水轮发电机是水电站的“心脏”，发生故障以后影响供电，并造成严重的经济损失。发电机故障有机械故障，也有电气故障，其中定子、转子绝缘故障是较常见的电气故障[3]。这些故障由制造、安装、运行、维修等不完善引起内部绝缘破坏，并导致发电机断路器和励磁开关跳闸，而且引起差动保护动作，乃至发电机内部冒火星、冒烟、闻到焦糊气味等现象。故障一般是由线圈绝缘破坏或铁芯短路引起的，并产生单相接地或相间短路故障。接地故障可能由于温升、过电压、定子线圈端部接头脱焊等引起，还可能因检修时遗留工具或零件引起。出现这类故障以后，值班人员应立即停机，再按照检查情况处置。预防这类故障的方法是坚持定期做预防性试验，通过耐压试验确定发电机内部绝缘是否已经劣化，再进行处理；日常巡检时，采用红外热像仪测量铁芯、线圈、接头连接处的温度。
2.2 调速器故障
调速器的作用是维持输入水能与输出电能的平衡，以保证发电机组安全运行与经济运行，所以调速器也是水电站的重要设备。目前，调速器主要有电液调速和伺服电机调速两种类型，中小水电站以电液调速器居多，所以现分析这种调速器常见的两个故障。一是电液转换器无动作。故障现象为输入操作指令随动系统没有反应，原因可能是机械故障，也可能是电气故障。如果是机械故障，多数是油液不干净，一般经过清洗就能恢复正常。电气故障主要是电液转换器线路或主控单元两个地方出现问题，按照前述方法排查就能找到故障原因。二是调速器死机故障。故障现象为面板显示不正常，电液转换器无动作，无法调速。故障原因主要是主控单片机复位控制回路出了问题。排除方法是重新上电或复位，然后通过示波器和万用表检查电路，找出故障点。
2.3 励磁系统故障
励磁系统的作用是建立磁场、稳定电压、分配无功和稳定电力系统。励磁系统类型也较多，如自并励可控硅式、双绕组电抗器分流自复励式，更早的还有励磁机、交流侧串联相复励式等[4]。现以自并励可控硅式励磁系统为例分析常见故障原因与排除方法。一是失磁故障。通过录波发现失磁发生前转子电压突然下降为负值，与此同时定子电压剧烈跳动，检查线路发现励磁功率电源交流侧开关的一个辅助接点松动，导致接触电阻变大，失磁保护动作，所以应定期检查和紧固接点。二是发电机起动后不起压。此类故障主要原因是励磁调节器与可控硅整流之间的电路故障或整流电源故障。分别进行排查，回路没有问题，查到整流电源注意到一相输入闸刀断裂，判断因缺相而不起压。更换故障相闸刀后排除了故障。
2.4 主变压器故障
水电站一般远离负荷中心，升压再接入电力系统可减少电能损耗。主变压器常见故障有绝缘瓷套管闪络、异常声响等。绝缘瓷套管闪络主要原因有变压器螺母未压紧或密封垫有问题，这样会破坏绝缘；电容式绝缘瓷套管表面积存污垢，也会在分层缝隙内部产生放电。闪络会导致瓦斯动作，继续发展下去就会破坏绝缘。变压器异常声响有多种情况，比平时尖锐可能是单相接地或谐振过电压；如果是不稳定的声音，有时尖锐，有时又像敲打声音，一般是零件松动所致。除了针对故障进行处理以外，还应检查保护措施是否充分。可在变压器两侧设置电流差动保护，虽然过电流保护速度很快，但因整定电流很大，保护范围不够全面，而设置电流差动保护，可以防范该故障继续扩大。一般变压器的瓦斯保护有两重，轻瓦斯发信号，重瓦斯跳闸，但跳闸了往往已演变为严重故障。这种情况下应先检查油枕防爆门，再查焊缝有没有开裂，变压器是否变形，最后检查气体的可燃性。
2.5 线路故障
水电站内线路一般采用中性点不接地方式，所发生的故障大多为单相接地。发生故障后，一般要求尽快（2h内）定位故障并加以排除。单相接地分为金属接地和非金属接地两种情况。
假定A相接地，可做出电压向量图1～图3。现令单相接地系数，为中性点对地电压，为相电压，且有， =0不接地，=1金属性接地。接地相电压，=0时，=1时，（非金属接地）时。非接地相电压， =0时，=1时。非接地相电压，=0时，=1时。时和的始端沿圆弧AdO变动，可知对地降低，而对地升高。中性点对地，=0时，=1时，时。可见，非金属接地时，，也就是说以正相序（）考察，对地电压最高的下一相是接地相。
3 结语
由于水电站电气设备种类和数量都比较多，故障性质也较复杂，查找故障有一定困难，但只要理论基础扎实，再结合实践经验，大部分故障都能找出原因，并消除故障。多多交流总是有益的，愿拙文能够对读者有所帮助，幸甚！
参考文献：
[1] 陈家斌. 常用电气设备故障排除实例[M]. 郑州：河南科学技术出版社，2001.
[2] 杨尚勇. 水电站电气故障与解决方案[J]. 黑龙江水利科技，2013，41（9）：143-145.
[3] 陈琛. 水轮发电机定子、转子、断路器故障原因与处理[J]. 中国机械，2014（23）：111-112.
[4] 周加庆. 水电站励磁系统故障原因及对策[J]. 电气技术，2015（1）：128-129，132.
论文作者:黄啟平
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/17
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