水电站电气设备故障诊断及处理

　　摘要：电站效益的发挥，管理是关键，一个管理水平好的电站能够充分发挥其应有的经济效益。只有我们认真地做好电站的日常运行维护及能够正确处理各类设备故障，不断地总结、积累经验，不断提高业务技术水平，那么电站就能充分发挥其经济效益。本文根据电站的维修、改进情况以及笔者多年从事此项技术工作所积累的经验，对小水电电气设备常遇到的故障进行分析，并提出处理方法。
　　关键词：水电站；电气设备；故障处理
　　近年来我国电事业随着国民经济的飞速发展得到了迅猛的增长，特别是中小型水电站星罗棋布，投运或在建的电站不断涌现保证水电站电气设备安全可靠长周期地运行，加强水电站电气设备的维护，迅速及时地排除设备故障，延长设备的使用寿命，是每一个电气运行和维护人员的主要课题。某电站装机容量2台,分别为800kW和250kW,单机设计流量分别为9.8m3/s和2.5m3/s。电站自使用以来在为群众用电提供便利的同时，也为水电站管理处创造了很好的经济效益。但在电站运行中，电器设备故障随时都会发生，且故障多种多样，涉及到电气系统的各个部位。小水电电气设备常遇到的电器故障与处理方法阐述如下：
　　1电抗器引发故障诊断及处理
　　电站为了减少主变温升，增加出力，往往将主变低压侧中心点经电抗器接地，而发电机中心点直接接地，就会引起发电机中线电流不平衡、准同期装置失灵及电抗器、主变与线路的谐振。
　　1.1中心线电流变化及其处理
　　对于几台发电机并列运行，中心线电流随所带负荷不平衡而发生巨大变化；且并列运行时，某台发电机所带负荷相对其它机组越大，则该机中心线的电流就越大。这是因为其他发电机三次谐波电流与该机形成环流，造成该机中心线电流大大增加。此时会导致中线过热，甚至熔化。因此，要求并列运行时尽量调整各台发电机所带负荷的平衡。
　　1.2准同期并网装置失灵及其处理
　　发电机中心线直接接地，系统侧的“零点”（主变中心点）是经电抗器而接地，对交流电来说，经电抗器后电流就滞后电压90度。因此，对于直接取用机端电压（220V）进行并网的同期装置，两个零点之间就存在着22V左右的电压差，造成同期装置失灵。
　　在实际操作中，只要用一根1.5mm2导线将主变中心点接地，同时引一根地线到同期装置并适当调大并网角度，即可解决此类问题。
　　1.3线路主与变及电抗器间的谐振
　　某电站3台250kW机组，两台175kW机组，1号主变容量为1000kWA，2号主变容量为500kWA。开机并网时发现准同期装置失灵，同期转向灯不正常，白灯、红灯同时熄灭。测同期装置引入电源电压分别为210V、340V,测母线三相对地电压分别为170V、230V、340V，短路电抗器三相对地电压均在220V左右，同期装置及转向灯也恢复正常，以此现象判定为谐振。
　　处理方法有三种：其一，先投入2号主变并上一台175kW机组，破坏谐振点，再并250kW机组；其二，采用1个转换开关，250kW机组并一台前，先将电抗器短接，并上机组后再切除短接；其三，有条件的地方采取补偿电容，一方面可以破坏谐振，另一方面又可以补偿机组无功，这是最恰当的。
　　2中性点不接地系统电压不平衡现象
　　2.1电压互感器熔断器熔断
　　电压互感器熔断器熔断有高压熔断器熔断和低压熔断器熔断之分，出现的现象也是完全不一样的。
　　2.1.1高压熔断器熔断
　　1）单相高压熔断器熔断。由于PT有一定的感应电压，故障相电压降低，且不为零，非故障相电压正常，向量角为1200，同时由于熔断器熔断使一次侧电压不平衡，造成开口三角形有电压，即有零序电压。如图1，A相高压熔断器熔断，矢量合成结果零序电压3U0，数值等于相电压Ux（下同），电压表指示约为33V左右，故能起动接地装置，发出接地信号。若机组运行时出现这种情况，由于高压熔断器熔断等于保护退出，故要求电站值班人员向调度申请停机，通知检修更换高压熔断器。
　　2)两相高压熔断器熔断。同样由于PT感应效应，故障相电压降低，不为零，非故障相电压正常，同时一次侧电压也不平衡，开口三角形也有电压，例如，A相、B相高压熔断器熔断，矢量合成结果（见图2），只有一相C相，零序电压3U0，数值也等于相电压UX，约为33V左右，故能起动接地装置，发出接地信号，处理方式同一相熔断器熔断一样。
　　
　　图1A相熔断电压向量图2A、B两相熔断电压向量
　　2.1.2低压熔断器熔断
　　单相低压熔断器熔断时，由于是一次侧熔断器熔断，一次侧电压正常，所以故障相电压为零，非故障相电压正常，其向量角为120°。开口三角形处没有零序电压，不能起动接地装置，不发出接地信号。出现这种情况，只要电站运行人员及时自行更换低压熔断器就可以了。两相低压熔断器熔断，也是故障相电压为零，非故障相电压正常，A处理方法和单相熔断一样。
　　2.2单相接地
　　单相接地，可分金属性接地和非金属性接地。若A相接地，其电压向量图见图3、图4。若用K表示单相接地系数，则K=u0d/uX(0≤K≤1.0，K=0为不接地，K=1为金属性接地)。
　　
　　图3A相接地中性点电压向量
　　
　　图4A相接地中性点位移轨
　　由图3和图4可知各相对地电压的特点：
　　1)相对地电压UAdOK=0时，UAd=UX；K=1时，UAd=0；当K在0～1.0之间变化时，UAd在UX～0之间变化，故接地相对电压UAd降低，但不为零。
　　2)非接地相对地电压UBdOK=0时，UBd=UX；K=1时，UBd=3uX；即上升为线电压，K值在0～1.0之间变化时，UBd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，在一定范围内单相(A相)非金属性接地，非接地相(B相)对地电压是降低而不是升高的。在这个范围内接地相(A相)对地电压也不是最低的。故不能用对地电压最低作为判断接地相的依据。当不在这个范围内，B相对地电压会升高，且不超过线电压。
　　3)非接地相对地电压UCd。K=0时，UCd=UX；K=1时，UCd=3uX；即上升为线电压；当K在0～1.0之间变化时，UCd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，UCd总是升高的，在一定范围内单相(A相)非金属性接地，非接地相(C相)对地电压最高可超过线电压。
　　总之，在0<K<1.0时，对任意K值，C相对地电压总是大于A相和B相的相对地电压，由此可以得出规律，单相非金属性接地时，以正相序(A→B→C→A)为准，对地电压最高的下一相为接地相。由于单相接地使一次电压产生不平衡，故开口三角形处有电压，电压值在0～100V之间，在金属性接地时，电压值为相电压的3倍，电压表指示为100V；非金属性接地时小于100V。小接地系统中，允许单相接地运行1～2h，但还是要及时解除故障，否则会导致两相接地，而保护动作跳闸，影响送电。
　　3发电机电压达不到额定电压
　　小型水电站发电运行时，一次发现发电机发点电压达不到额定值。在发电机刚检修完好的情况下，起动发电机到额定转速后，在升压时，减少励磁机磁电阻励磁电压和发电机定子电压都升不上来。这样维修人员必须查明故障原因。励磁机励磁电压的建立，起先是由剩磁所引起的，所以当励磁机失去剩磁时，励磁电压便建立不起来，检修过的发电机剩磁很容易消失。
　　如果在解体检修励磁机时，由于接线错误把励磁线圈正负极接反，这样再次起动运行，则励磁机、励磁线圈中流过的电流产生的磁通与铁芯原有剩磁方向相反，使剩磁削弱或者完全消失，所以电压建立不起来。
　　在查明原因后，再对故障进行排除，处理方法是，这时应检查励磁回路（包括励磁机内部）有无断线，电刷位置是否正确，电刷接触是否良好，如果检查结果正常，而励磁电压表又有很小的指示值，表示励磁线圈接错方向，应把励磁线圈正负极性对换一下。如果励磁电压表没有指示，应在励磁机励磁线圈上加直流电源（一般用蓄电池）进行充磁。充磁时直流电源正负两极应和励磁线圈正负两端对应接触一下即可。在进行外加直流电源充磁时，最好把励磁开关切断、励磁电阻加到最大，防止发生高电压。
　　4发电机内部绝缘故障
　　在运行中发电机断路器和励磁开关突然自动跳闸，发电机回路中的指示表针全指零，检查继电器动作情况时发现差动继电器动作。有时发现发电机内部或风道中冒烟或冒火星，并有绝缘烧焦臭味，这种现象说明发电机内部有绝缘故障。这是因为发电机线圈绝缘损坏或铁芯短路引起的。故障情况一般是由单相接地或是匝间短路而扩大成为相应短路使继电保护动作。
　　发生接地故障的原因有以下几种：
　　1）过电压引起。在发电机电压网络中发生单相接地时，其他两相电压会升高，最高达倍。更为严重的过电压是发生在单相弧光接地时，可能使未故障相对地电压升高3～3.5倍。在发电机电压引出线路上，发生A相弧光接地时，若发电机定子线圈BC两相中有一相绝缘不良，则绝缘不良的一相就会被电压击穿，从而发生两点接地故障。此外，在直配线系统中，由于防雷设施不恰当，发电机也容易遭受到雷电波的袭击，而打穿线圈绝缘。
　　2）温度过高引起。如果长时间的线圈温度过高或铁芯短路发热，其结果使线圈绝缘恶化，即绝缘强度降低，这就更容易使绝缘击穿。
　　3）在检修时因不注意而把工具零件丢在发电机里；或是在运行中转子上的零件，如绑线式转子的绑线甩开，搭在绝缘线圈上，造成绝缘损坏。
　　4)由于定子线圈端部接头焊接不良，在运行中过热，使接头开焊而引起电弧将绝缘烧坏。
　　当差动继电器动作时，除去发电机本体故障外，在继电器保护范围里其他地方短路都能发生动作，特别是电缆最易发生故障，所以还要检查发电机电缆以及差动继电器保护范围里的其他设备有没有绝缘打穿痕迹。预防发电机线圈内部绝缘故障主要是按规定定期进行发电机绝缘的耐压试验，用以判断绝缘是否劣化。如发现上述情况，值班人员应把励磁机励磁变阻器调到最大值，将发电机断路器及励磁开关的远方控制开关打到断开位置，应停止运行检查。如发生火灾应按发电机火灾事故处理，然后再根据情况逐步进行检查检修。
　　5结束语
　　总之，电站运行人员首先必须了解电气设备运动形式，对各种电气设备的型号、规格、铭牌、参数要熟练掌握。掌握设备的工作性能、工作原理及控制特点，是发现与排除故障的前提条件，熟悉各电器元件在设备的具体位置及线路的布局，充分掌握电气原理与实际配线的一一对应，是排除故障、提高设备性能的基础。这样在设备运行过程中，才能合理分析各种故障情况，做到分析判断准确，处理及时，以确保设备的安全运行。

《水电站电气设备故障诊断及处理》

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