摘要：水电站电气设备主要包括电站低压、高压设备、配电装置、防雷保护、继电保护等，是水电站所有软硬件的整体，是水电站正常运行和功能发挥的主体。带动了水电企业管理水平的逐步提升，水电站作为一个重要的设施。对其进行故障分析量得尤为重要，而其中电气设备的故障分析和处理是非常重要的一环。
关键词：水电站电气故障；处理措施
引言
随着中国经济的快速增长和工业化进程的加快，能源供应越来越紧张，生态环境也面临着前所未有的压力。保证水电站的正常运营需要及时迅速的发现故障、排除故障。但是同时也带来了不少潜在隐患，导致设备故障频发，严重影响水电站的运行与管理工作质量。考虑到水电站运行中各类电气设备种类繁多，要在把握故障种类与性质的基础上做好应对，以降低故障发生率与危害，为水电站的运行提供强力支持。
1.发电机组常见故障及排除
1.1发电机电压达不到额定电压
在发电过程中，当励磁装置电压源复励不足，就会不能提供电枢所必需的励磁电流，使发电机电压达不到额定电压，从而不能进行电力的传输。可以采取的措施：在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器，以提高发电机端电压，达到电流的平衡；改变励磁装置电压通势与发电机电压的相位，使合成总磁通势增大；减小变阻器的阻值，采用补偿电容的方法，使发电机有励磁电流增大。
1.2发电机温度升高
发电机温度升高的因素主要有电负荷和定、转子电流密度的大小，电机通风系统是否良好，空气冷却器是否有足够的换热容量等，因此在故障排除时要根据具体情况具体对待，逐一排除、对症下药。如发电机定子温升取决于热负荷值，我们可以测量发电机在额定工况下的电负荷、定子电密，从而求出热负荷。看其是否在经验取值范围内，就可得出是否与此有关，从而进行改进。对于电机通风系统的故障，可以通过更换转子线圈的方法，因为加大了线圈的截面，降低了电流密度，从而将温度降下来；也可通过改善风扇和挡风板的方法，发电机首要的热源在磁极，只要把进入磁极的风量加大，就达到了散热降温的目的。但是比较两种方法来看，改造风扇和挡风板比更换转子线圈成本低、工作量小，是首选的方法。空气冷却器的换热容量是否足够，可以计算发电机在额定式况下由空气冷却器带走的总损耗与总换热容量进行比较，若换热容量不足，可通过添加空气冷却器的方法进行解决。总之，发电机的温升是我们要注意的一个问题，及时的排查和解决有利于发电机的正常工作。
1.3发电机绝缘故障
发电机绝缘损坏严重影响着发电机的正常、可持续运行，在安全生产中存在着很大的隐患，排查和解决好这一问题是保障正常工作的重点。
1.3.1发电机主绝缘损坏
发电机主绝缘损坏的原因大多是由设计制造不良和运行环境恶劣造成的。解决的主要方法是防止铁芯松动和防止电腐蚀。当发现铁芯上有红色粉末时，说明铁芯有松动，对有松动的线圈应及时将槽楔打紧，端部松动可用无纬玻璃丝带绑扎，然后喷环氧树脂漆固化。当闻到发电机有臭氧味，说明被电腐蚀，需要进行检修。
1.3.2发电机转子绝缘损坏
当出现发电机转子回路绝缘为零，说明发电机转子绝缘损坏。其主要有这么几种原因：发电机励磁系统直流回路中设备绝缘破坏；发电机励磁系统交流回路中设备破坏；重复两次接地。在排除时，针对第一种情况，可用直流电焊机手动加励磁电流，判断接地点是在灭磁开关回路前还是回路后，然后对破损电缆用玻璃丝带层层包扎，并涂上环氧树脂，增加电缆的绝缘。第二种情况和第一种相同，也是更换包扎电缆，提高设备的绝缘水平。针对第三种情况，则需消除集电环上的毛刺、减少罩壳内的油雾，定时把励磁引线的正负极进行对换，从而使发电机连续运行时间延长。
2.水电站电气设备故障发生原因
2.1使用不规范
水电站运行中涉及到相关电气设备种类较多，不同设备性能、可靠性、运行环境、操作规程、维护须知均有所差异，实际运行中，因为无法严格按照规程提供相关操作、运行环境不符合规定、长期超负荷运行等因素，导致设备受损几率增大、老化问题频发，从而增加设备故障发生几率，对生产运行与管理造成负面影响，严重者甚至会造成事故或灾害。
2.2维护不到位
水电站内部变压器、调速器、励磁装置等各自需要专门管理维护，以及早发现潜在隐患并予以排除。实际管理中，这些设备若未严格按照规定进行定期检测与维护，运行中很容易出现故障与问题，维护人员缺乏责任意识、专业技能不过关、未严格落实规章制度、检测修护不到位等，都会延误故障解决时机，致使问题负面影响扩大，对水电站运行造成干扰。
3.水电站电气设备故障表现分析
3.1励磁装置故障
励磁装置为水电站电气设备运转提供保障，有助于减少各类异常问题、异常告警及故障的发生，结合目前实际运行经验来看，励磁装置故障原因较为复杂，常见的比如压力变小、配件磨损变形、弹簧零件松动、碳刷与滑环接触面积降低、严重磨损变形等，这些都会导致励磁装置运转过程中出现火花现象或者装置损伤。另外，励磁装置安装中如果施工不规范、不标准或者弄混接地线等，同样会导致励磁装置运转出现故障或者烧坏等情况，影响水电站电气设备工作。
3.2调速器故障
调速器故障表现较为典型的有主控单片机故障、电液转换器故障及开度、开限反馈表指示不相符合等。调速器运转过程中单片机死机情况较为常见，同时显示屏信息异常意味着电液转换器无法顺利动作，调速机异动故障出现需要对复位控制电路进行排查。电液转换器故障的排查可集中在调速器上电、转换器不动作相关机器却正常运转时，对命令液压进行控制与操作的随动系统无法得到响应，要考虑为机械故障与电气故障。机械故障的发生与电液转换器损害、维护不到位、异物阻塞运转等因素有关，需要结合转换器是否进行动作展开排查，电气故障则主要与断线、主控件失效等有关。
调速器运转中开度和开限的反馈表指示不相符合主要与两种原因有关，一是运转中开度指示有关信息同实际存在差异，从而导致平衡指示表受影响，二是调速器人工控制运转中，因机械部件失效导致开度与出力差异明显，导致指示不相符合。
3.3变压器故障
水电站电气设备故障主要以变压器声音异常、绝缘套管损害较为多见。变压器运转中必然会出现一些声音，不同声音代表了不同运行状态，比如负荷过重时以沉重的嗡嗡声为主，内部绝缘损坏或者接触不良时以吱吱、噼啪生为主，单相接地与谐振过电压时会伴有尖锐声响，对这些不同声音的分析与判断可确定故障类型与性质。
绝缘套管损害这一故障的发生，最有可能是由于材质质量不合规定、螺母与垫片等零件出现松动影响套管密封性所导致，绝缘体因潮湿耐压强度受影响从而损害。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水电站变压器绝缘陶瓷套管所以电容式为主，因绝缘体缝隙内有游离放电情况，一旦套面被污染很容易导致损害，从而导致瓦斯动作，引发不同程度的安全事故，带来或大或小的危害。
4.水电站常见电气故障与处理措施
4.1电抗器故障
水电站主变压器经过电抗器后，低压侧中心点接地，电机中心点直接接地，能够有效控制设备主变的温度，但是这种接地方式容易导致发电机中性线电力不均衡，并由此引发一系列问题。这种情况下可以并联一台机组，从而破坏原有谐振点，之后并联另一台机组。也可以使用转换开关，设备间短接电抗器，并联一台机组短路这一台，再将短路切除。除此之外，还可以使用补偿电容，破坏谐振点的同时也为机组提供了无功补偿。注意水电机组运行过程中要保持并行发电机的负荷平衡，从而在根本上解决中心线的电流问题，线路中并列有多台发电机同时运行，中性线电流将会在发电机负荷影响下发生很大的变化，而某一台并行发电机无法和其他发电机保持负荷平衡，该机组上通过的电流幅值将上升。
4.2发电机内部故障
4.2.1绝缘部位损坏
发电机故障对整个水电站的正常运行都有很大的影响，而发电机故障有相当多都是绝缘破坏导致的。发电机绝缘破损一般都和过电压、温度上升有关，部分绝缘破损则是人为操作失误导致的，发电机运行过程中，风口位置如果出现了火星或者黑烟，甚至闻到明显的烧焦气味，则很有可能是出现了绝缘破损。绝缘破损会给线路带来短路、断路、电弧的风险，甚至有可能烧损发电机，所以发电机出现绝缘破损时，需及时采取措施有效处理。日常运行维护工作中，要注意对发电机运行时间进行科学安排，改善机组运行环境，加强通风，及时更换绝缘线路，现场处理需要断电进行，智能设备可以在控制面板上进行操作。
4.2.2内部损坏
运行过程中，发电机断路器与励磁开关均突然跳闸，发电机回路所有仪表指针回零，差动继电器动作，或者发电机内部火星、冒烟、异味都表示发电机存在内部故障。发电机的内部故障主要以绝缘损坏和铁芯短路为主，单相接地、匝间短路扩大而使差动继电器保护动作。
发电机接线出现单相接地，会导致另外两项电压上升到3倍，最为严重的情况是单相弧光接地，其他两项接地电压会上升至正常电压的3倍以上，如果未接地两相中有线路存在绝缘不良，就有可能被过电压击穿而出现两点接地。与此同时，直配线系统防雷工作不到位，雷电波袭击发电机也可能造成线圈绝缘击穿。内部绝缘烧损和发电机温度也有很大关系，线圈温度过高或者线路铁芯过热，会导致绝缘性能下降，增加击穿风险。在发电机检修维护工作中，要注意不要把工具零件随意丢在发电机中，也不要接触绝缘线圈。
4.2.3电压互感器熔断
电压互感器有低压熔断和高压熔断两种，低压熔断可进一步分为单相低压熔断和双向低压熔断，单相低压熔断，主变一次侧电压正常而熔断器熔断，故障表现为相间电压降落为0，非故障相电压正常，这种情况下可以更换低压熔断器，电站运行工作人员可自行解决。而高压熔断则有可能导致严重的电气故障，高压熔断器烧损意味着保护系统失去作用，水电站电气设备运行在无保护的情况下，此时需立即停机，立即维修或者更换熔断器。
4.2.4低电压故障
电压偏低的问题在水电站发电机检修之后更加容易出现，工作电压低于额定电压，可能导致一系列电气故障。检修之后的发电机启动时而额定转速下升压，励磁电阻值下降，导致励磁底电压和定子电压都无法上升至额定电压。出现这种问题，首先需要检查励磁回路，查看回路内部适口是否存在断线，再检查电刷位置，如果这些地方工作正常，但是励磁电压表有读数偏转，表示故障位于励磁线圈搭接点，可以换接励磁线圈正负极，而励磁电压表指针无偏转，没有读数，说明励磁线圈磁不够，需要加入直流电源充磁。排除故障之后，工作人员还应该跟踪检查设备的运行情况，避免一些故障隐患逐渐发展。
4.3发电机绝缘部位破损引起的故障及解决措施
发电机出现故障会对整个电气设备的运行造成严重的影响，而由于绝缘部位破损而导致的发电机故障是常见故障之一。发电机绝缘破损一般是由于电压、温度过高导致，还有一部分原因是因为人为操作失误导致的，当发电机运行的过程中，在风口处发现火星或者黑烟，并且能闻到烧焦的气味，都可能是绝缘破损造成的。绝缘破损会导致短路、断路以及电弧现象，严重的情况下会烧毁发电机。当面对发电机绝缘破损时，应该及时的采取解决措施。为了防止这类现象的出现可以提前安装继电保护装置，在绝缘失效时发生动作，避免事故的扩大化。根据水电站的生产情况，合理安排发电机的运行时间，并且对运行环境进行处理，确保温湿度以及通风正常。加强日常检查巡视，对于出现绝缘破损的线路要及时更换。在现场处理时，应果断拉闸，如果有智能设备，可以通过控制面板操作。
4.4电压互感器熔断引起的电气故障及解决措施
电压互感器分两种，分别是低压熔断和高压熔断。低压熔断又可以分为单相低压熔断与双向低压熔断，当发生单相低压熔断，一次侧的电压正常，但熔断器熔断，所以导致故障相电压为零。而非故障相电压不发生改变，当出现这种现象时，可以更换低压熔断器的解决方式比较安全，并且能够通过电站的工作人员自行处理。当出现高压熔断时，会导致比较严重的电气故障。由于高压熔断器的熔断相当于保护系统不起作用，在发生高压熔断时，应该及时停机，并采取解决措施，对高压熔断器进行维修或更换。
4.5发电机的电压过低引起的电气故障及解决措施
在对水电站的发电机检修后，经常会出现电压偏低的现象，没有得到规定的额定电压，由此而引发电气故障。在发电机刚检修完启动时，在额定转速的情况下进行升压，励磁电阻变小，所以励磁电压以及定子电压无法升上来，由此不能达到额定电压。在出现这种现象时，要及时的采取正确的处理措施，对故障原因进行排查和分析。一般可以通过检查励磁回路，检查回路的内部适口有断线的情况出现，电刷的位置是否正确等原因。当在检测励磁回路时未发现以上情况，并且励磁电压表的指针发生了偏转时，说明励磁线圈的搭接出现了问题，对于这种问题可以采用正负极换接的方式进行解决，对励磁线圈按的正负极交换相接。如果励磁电压表的指针没有发生偏转，电压表没有示数的情况下，说明原因是励磁线圈的磁不够。出现这种情况应对励磁线 圈充磁，采用加入直流电源的方式进行励磁线圈的充磁。当故障排查以后，设备的维修人员还应该对设备进行跟踪检查，从而确保设备的正常使用，对故障的检修无误。
5.结语
水电站电气设备是水电站的核心设备，其工作状态对水电站整体运转都至关重要，为了提高水电站电气设备运行稳定性，有必要进一步研究水电站电气设备处理措施，降低故障率，缩短运行维护时间。要准确把握常见故障类型与性质，采取积极有效的应对处理举措及时排除、解决故障，保障设备的使用性能与寿命，为水电站的运行管理服务。
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论文作者:邓兴民,雷德海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：发电机论文; 故障论文; 水电站论文; 励磁论文; 电压论文; 线圈论文; 电气设备论文; 《电力设备》2017年第8期论文;