水电站常见电气一次设备故障检修与故障处理

引言

随着我国经济的快速发展,电力需求不断增长,水电站作为清洁且可持续的电力供给方式,其安全高效运行显得尤为重要。然而水电站中各类电气一次设备也面临着故障的风险,及时准确的故障检修和处理直接关系到水电站的正常运行。因此,开展水电站常见电气一次设备故障检修与处理研究具有重要意义。本文首先分析水电站中发电机、变压器、开关装置、电缆及继电保护等电气一次设备常见的故障原因;然后重点阐述故障检修的流程、方法和技术,以及设备检修的注意事项;最后提出针对电气一次设备故障的预防措施、应急处置、跟踪管理和数据分析应用对策。研究资料来源于近年来水电站电气一次设备故障统计数据、案例分析报告及相关专家访谈资料。研究目的是提出切实可行的水电站电气一次设备故障检修与处理对策建议。

1 水电站常见电气一次设备故障原因

1.1 发电机故障：水电站发电机是核心设备之一,常见故障包括绕组异物损伤、转子机械故障、火花电流过大、火花面烧坏以及转子绕组断线。举例来说,某水电站的发电机绕组遭受金属异物刮伤,导致绝缘故障,最终引发了停机,造成了不可忽视的经济损失。这些故障往往由发电机长时间使用、电气系统和机械系统的内在问题所引起。

1.2 变压器故障：变压器在水电站电气系统中扮演重要角色,常见故障有绕组短路、电压调节失灵、绝缘老化等。例如，某水电站的变压器由于绝缘老化问题，导致发生短路事故，造成长时间停电，对当地居民生活和工业生产造成了巨大不便。这些故障往往与设计、制造、运输、安装不当，以及长期使用过程中的电气、热和机械问题有关。

1.3 开关装置故障：开关装置是水电站电气系统的重要组成部分，常见故障包括接触器吸合不牢固、负荷开断不成功、二次回路故障导致断路器误动作跳闸以及断路器SF6泄露。例如,某水电站的一台断路器由于接触器问题,导致接触点间产生电弧而焦化。这使得断路器无法成功断开电路,影响了水电站的安全运行。这些故障可能由接触点电弧损坏、负荷过大、以及电气试验不完整等因素引起。

1.4 电缆故障：电缆在水电站中承担着电能传输的重要任务，常见故障形式有相间短路、外套接地、开路断线等。例如，某水电站的输电电缆因长时间过载运转，导致电缆过热，最终发生相间短路，造成了电力传输中断，影响了该区域的用电稳定性。这些故障主要原因包括电缆材质劣变、仓储不当产生破损、机械碾压造成的外伤或绝缘老化。

1.5 继电保护故障：水电站的继电保护设备对电力系统的安全运行至关重要，常见故障包括保护动作不正确、误报警不动作、动作时间超差等。例如，某水电站的继电保护设置参数错误，导致保护动作不准确，造成了电力系统的频繁跳闸，对设备带来了不必要的负担。这些故障与设置参数错误、检测元件失灵、试验不完整以及外部强磁场干扰等因素有关。

图1 故障类型统计饼图

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2 水电站常见电气一次设备故障检修

2.1 故障检修流程：

2.1.1 发电机检修流程首先停机、断开发电机电源和励磁电源,进行安全放电，验明无电压，装设接地线将机组切换至检修状态。然后移除绝缘罩,依次检查定转子绕组、轴承、冷却系统、电刷系统、励磁系统和机械部分。同时维护油箱和绝缘油,并在重新组装前全面检查设备。

2.1.2 变压器检修流程：首先变压器停电退出运行至检修态、验电、装设接地线,移除绝缘罩后依次检查冷却系统、油质、绕组、连接、避雷器、油枕等部分。同时更换老化绝缘、维护油箱,并检查机械系统、进行清洁润滑。

2.1.3 开关柜检修流程：首先断电、验电、装设接地线并移除面板。然后检查开关接触器、熔断器保险丝、继电器、连接线路、接地系统等部分。更换老化绝缘材料,清洁接触面并进行润滑。最后全面检查后重新组装。

2.2 故障检测方法

在进行电气一次设备故障检测时，可以采用多种方法。其中，Primitive检测法是最基本的检测方法，通过观察设备的运行状态和表现来初步判断故障类型。温升检测法用于检测设备是否存在过热问题，通过红外热像仪等设备检测设备表面的温度分布情况。断路器诊断法则用于检测断路器的运行状态，包括观察断路器的熔断器状态、触头接触情况等。选择适合的检测方法能够更快速地定位故障点。

2.3 故障定位技术

故障定位是故障检修中的关键步骤。测距定位法是一种常用的定位技术，它通过测量信号传输时的延迟时间，来确定故障的位置。时间相关法则通过对故障信号的时间相关性分析，来确定故障发生的位置。声发射法是一种应用声学原理的定位技术，通过检测故障产生的声波信号，来定位故障位置。这些技术能够精准地找到故障部位，指导后续的设备检修工作。

2.4 故障设备检修

故障设备检修是故障排除的核心环节。一旦故障位置确定，操作人员需要按照规程切离电路，确保设备处于安全状态。然后，根据检修方案进行拆修更换，可能需要更换损坏的部件，修复绝缘故障，进行电气连接的检查与调整等。在整个检修过程中，操作人员需严格遵守操作规程和安全操作规范，确保检修质量和操作安全。完成检修后，进行试运行和调试，确保设备恢复正常运行并保证其稳定性和可靠性。

3 水电站常见电气一次设备故障处理

3.1 故障应急处置

3.1.1 故障应急处置是确保水电站电气一次设备故障不扩大、不危及安全的关键环节。当发生电缆相间短路故障时，值班人员需要迅速响应，先切断故障段电缆对应的开关，进行隔离，以避免故障扩散到其他设备，确保人员和设备安全。接着，要对故障电缆进行绝缘测试，找出故障点，并及时进行修复或更换。

例如：电缆相间短路故障。在一座水电站发生电缆相间短路故障时，除了技术处理外，还需考虑以下因素：值班人员需要迅速行动并协作，确保及时切断故障电缆的开关。同时，其他相关部门或岗位的人员也需要及时配合，尽量减少对水电站运行造成的影响。可能需要调动其他维护人员和设备前来支援，以更快地进行绝缘测试和故障修复。此时，合理安排和优化资源调配将在应急处理中起关键作用。在处理电气故障时，确保人员的安全是首要任务。值班人员需要穿戴适当的防护装备，避免触及带电部分，防止电击事故的发生。

3.1.2 对于变压器发生的油质故障，应立即进行应急处理。首先要检查油箱是否有泄漏，如果有泄漏，要迅速进行修补，防止油质故障扩散，保护变压器的正常运行。其次，要对变压器内部进行检查，确认故障的具体原因，采取相应的措施进行处理。

例如：变压器油质故障。在变压器发生油质故障时，除了快速进行技术处理，还需考虑以下因素：检查油箱是否有泄漏，需要有专门的人员迅速进行泄漏处置，避免油质故障扩散。在紧急处理过程中，需要提前准备好可能用到的维修材料和工具，确保可以快速修补泄漏或处理其他问题。如果可能，提前准备一些备用的变压器或备用油质，以备快速更换受损设备或补充油量。这些综合因素的考虑将有助于在应急情况下更有效地处理变压器油质故障，并尽量减少停电时间和对电力供应的影响。

3.1.3 在发电机轴承发生烧损事故时，必须立即停机检查并进行紧急维修。烧损的轴承可能导致设备严重损坏，因此需要尽快更换受损的轴承，确保发电机能够尽快恢复运行。

例如：处理发电机轴承烧损事故时，除了技术处理，还需考虑以下因素：在紧急维修前，需要评估停机的时间和影响，选择最合适的时机进行停机维修，以尽量减少损失。烧损的轴承可能需要较多专业技术进行更换，因此需要组织合适的维修团队，保障维修效率和质量。考虑到发电机的重要性，可能需要提前准备备用的发电机部件，以便在紧急情况下更快地完成更换。综合考虑这些因素，可以更有效地应对发电机轴承烧损事故，并尽量缩短停机时间，确保水电站的可靠供电。

3.2 故障跟踪管理

建立电气一次设备故障档案是首要任务，详细记录每次故障的时间、设备型号、故障现象和处理结果等信息，以形成完整的故障记录。每月对这些故障档案进行统计分析，通过数据挖掘和比对，发现故障出现的规律和共性。这些数据分析结果将有助于针对性地制定改进措施，预防类似故障的再次发生。编写典型故障案例手册，并定期对工作人员进行宣教培训，是为了提高他们在故障应急处理方面的技能水平。这些典型案例能够帮助工作人员更好地理解和解决各类故障，培养应对突发情况的能力，以及对故障的快速判断和处理能力。完善故障管理流程，确保故障跟踪的系统性和规范性。通过建立闭环反馈机制，将故障数据、处理结果和改进措施相互联系，不断优化故障管理流程，确保故障处理过程更加高效和透明。同时，定期检查故障跟踪管理的执行情况，确保各项措施得到有效贯彻和落实。

例如：在某水电站的电气一次设备故障跟踪管理中，经过建档记录和统计分析，发现一台特定型号的发电机在过去半年内出现了多次绝缘故障。该发电机绝缘老化导致绕组间出现短路，影响了设备的正常运行。针对这一问题，水电站采取了改进措施，决定将该型号的发电机绝缘材料进行升级更换，并加强对发电机的定期维护和检查，以延长设备的使用寿命和提高稳定性。通过建立电气一次设备故障档案和典型故障案例手册，水电站的运维人员在日常工作中能够更好地应对各类故障，并及时采取有效措施进行处理。故障跟踪管理系统的建立和持续改进，为水电站的安全稳定运行提供了有力保障。

3.3 故障数据分析应用

收集电气一次设备遥测数据和历史故障数据,建立数据模型,实现对主机故障和辅机故障的预测。辅以视频监控和传感器监测数据,可以快速判断故障原因。运用故障预测结果和故障诊断结果,制定水电站设备的状态监控策略和定检计划。

例如：水电站引入故障数据分析，监测水轮机振动和温度数据，预测主轴承寿命。发现异常时，及时维护避免故障发生，确保水电站连续运行。视频监控捕捉发电机内异常火花放电，传感器显示温度升高。快速判断绝缘老化故障，迅速停机检修并更换受损材料，维护了供电稳定性。通过故障数据分析，实现了故障预防和快速诊断，提高设备运行效率和可靠性。

4 结论

水电站电气一次设备的安全可靠运行对整个水电站的正常发电起着关键作用。针对设备易发故障的特点,应采取规范的定期检测、热像扫描、预测维护等措施进行故障预防,并制定合理的保养计划。一旦发生重大故障,要启动应急预案,迅速进行隔离限电、临时修复等应急处置以控制损失。同时,要建立完善的故障档案制度,开展故障跟踪分析,不断提高故障管理水平。还需利用先进的分析技术,对故障数据进行挖掘应用,建立故障预测与诊断模型,以更好地指导电气一次设备的监控与维护,确保水电站安全高效运行。

参考文献

[1] 余松,胡东,唐超等.基于TLR-ADASYN平衡化数据集的MSSA-SVM变压器故障诊断[J].高电压技术,2021,47(11):3845-3853.