温度监测与绝缘监测在水电站状态维护中应用

张方庆，唐智学

（湖南潇湘水电站，湖南永州425000）



温度监测与绝缘监测在水电站状态维护中应用

张方庆，唐智学

（湖南潇湘水电站，湖南永州425000）

摘要：通过介绍湖南潇湘水电站机电设备运行维护的经验，阐述了水电站机电设备状态维护的意义、温度监测和绝缘监测在水电站状态维护中的作用，及其监测的内容。

关键词：状态维护；温度监测；绝缘监测

0　前言

湖南潇湘水电站始建于1993年，由于种种原因致使建设工期大大超过计划工期，第一台机组于2002年才投入运行。在建设初期订购的设备由于长时间的存放，在安装投运时就暴露出许多缺陷（如发电机主绝缘受损、主变压器绝缘受潮等），这给电站的运行和维护工作带来了很多困难，但是通过采用各种状态维护手段对性能不佳的设备进行精心的维护，使设备处于可控的状态，设备缺陷没有进一步发展，在近14年的运行与维护过程中总结出了温度监测与绝缘监测在状态维护过程中的应用经验。

1　水电站状态维护的意义

随着水电站机电设备技术水平的不断发展，各设备的质量与性能较以前有很大提高，技术人员生产维护的综合水平在不断提高，特别是随着计算机技术的迅速发展，水电站正逐步朝着少人值守的方向发展，而维护方式也正由过去的计划检修逐步朝着状态检修维护方式发展，这样能够充分利用各种资源，使机电设备能够长周期、可靠、经济运行。

水电站状态维护是一种通过对机电设备及其相关辅助设备（包括控制、保护、计算机监控等设备）的状态进行全过程在线监测，然后经过专家诊断系统对监测数据进行综合分析及评估，确定设备当前的运行状态，发现隐患并预测其发展趋势，制定出合理的检修时间及方法的优化维护模式。状态维护能够有效地克服传统的定期检修造成设备过修或失修的问题，在一定程度上弥补了以时间为基础的定期检修的弊端，在获得设备最大可靠性的前提下实现经济效益的最大化。因此，逐步开展状态维护，对提高设备可用率、减少检修工作量、降低设备全寿命周期费用等具有重要意义。

2　温度监测对水电站机电设备状态维护的重要作用及其主要内容

水电站机电设备的运行状态有别于变配电站，因为变配电站大多数设备都是静止的，而电站大多数设备是运动的，如水轮机、发电机、各种辅助设备电机等，且电气主回路都承载着大电流，这些运行的设备的各个轴承、轴瓦等处都存在机械磨擦，这些机械磨擦与机械运动都会产生温度，在正常情况下，这些磨擦与运行所产生的热量通过散热装置（如油冷却、水冷却器）将热量散发，使设备温度上升并恒定在允许的范围内，不至使设备温度持续上升，但如果设备出现异常情况，如轴承润滑油中断、冷却装置故障等时，将使温度持续上升，危及设备的安全。所以对机械设备的温度在线监视十分重要，通过各种方法可使设备故障消除在萌芽状态，防止因设备过热而发生的故障。如潇湘水电站维护人员通过红外测温装置不定期对电动机、油泵、水泵的轴承进行在线测量，多次发现轴承的温度异常升高，及时切换相关辅助设备，对电机和相关泵体的轴承进行解体维护，对于缺润滑脂的轴承清洗、加油，对有磨损迹象的轴承予以及时更换，保证辅助设备可靠运行，为主机的可靠运行提供保障。而通过对润滑油温度的实时监测，先后发现了油冷却器堵塞导致冷却器不起作用等故障，这样及时发现了设备的故障并进行及时处理。

上述事例证明，虽然水电站机械设备设计安装了一些测温装置，但这些装置不能完全反映所有设备的温度，因此在运行维护过程中应对没有装设温度测量的相关设备进行不定期的温度监测，如各电机、泵体的轴承，各转动部分。

2.1电气一次设备的温度监测及其内容

水电站一次主电路中长期承载大电流，在设备长期运行过程中，各种触点（刀闸和开关）和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，或是导体过载而散热效果较差导致设备过热，目前这些发热部位一般还未安装温度监测装置，因此具有很大的隐闭性，这种大电流回路中的发热点最终将导致电气事故及火灾事故。近年来，在水电站已发生多起主电流回路过热事故，造成火灾和大面积的停电事故。而大部分电气一次事故都是因过热而引起，湖南潇湘水电站也曾出现过因隔离开关接触不良导致刀口持续发热而绝缘子炸裂造成三相短路、爆炸。在随后的电气设备温度监测中，多次发现厂用电隔离开关刀口温度、多个长时间吸合的接触器接线柱处温度超过75℃，及时对这些设备进行检修，消除了设备故障隐患。对发电机滑环温度的监视也十分重要，我们定时对滑环的温度进行测量并做好记录，当温度超过允许值时及时采取措施。水电站曾出现过发电机滑环过热使碳刷卡环烧坏变形致使发电机励磁回路出现短路的事故，因此对电气设备相关部分的温度监视就显得十分必要。在监测电气设备的温度时主要监测电气连接部分、滑动部分、电磁线圈部分，通过比较，及时发现问题并处理，能有效防止电气设备故障和事故的发生。

水电站电气一次设备温度监测的主要内容有：发电机引出线及中性点引出线各电气连接处；发电机定子线圈温度及铁心温度；各种高压断路器电气连接部分温度；高压隔断开关的刀口及相关连接部分的温度；变压器高低侧套管连接部分及铁心和油的温度等。

2.2电气二次设备的温度监测及其内容

电气二次部分及常用的低压电器及其相关回路的温度监视也不能忽视，电气二次部分由于牵涉的系统很多，每个系统对电站的安全、稳定运行都起到十分重要的作用，如继电保护系统、励磁系统、调速器系统、计算机综合控制系统、电气测量系统、音响系统等等，而二次回路比较抽象，一般故障很难发现，但其故障的根本原因主要是接触不良、发热、开路或短路、旁路。其中主要的原因之一就是由于发热现象导致元器件的老化烧坏，所以我们在巡视二次设备时要重视对其进行温度监视。实践证明，一个流过1 A电流的二次回路由于接触不良可使故障点处发热并烧坏接触不良处，因为电流的热效应是与接触电阻、通电时间和电流的平方成正比。实践也证明，一个通以0.5 A电流的电磁线圈由于环境等原因导致散热不良时会使其烧坏，特别是二次设备的电源部分，往往是容易发热的重点部分。

水电站电气二次设备温度监测的主要内容有：各种控制保护继电器的线圈、各种自动化装置的电源及其模块，各种自动化装置的功率模块。与此同时，还要监测各种二次设备的环境温度，如果超出设备的允许值必须采取降温措施。

2.3机械设备的温度监测及其内容

水电站的机械设备主要有水轮机、发电机及其配套设备、气、水等各种泵体，这些转动的机械设备长期处于运转状态，受到滚动摩擦或滑动摩擦及环境等其他因素的影响会使其设备温度升高超过允许值，通过对这些设备的温度监测可以发现设备的潜在故障。笔者曾多次通过温度测量发现潇湘水电站机械的潜在故障，如通过测量冷却水泵轴承盖表面温度达到90℃，及时对水泵进行解体检修发现轴承已严重缺少润滑油并有较严重的磨损现象，更换轴承后将故障消除在萌芽状态。笔者有一次通过测量机组润滑油进油的油温，发现油温与同等环境及负荷条件下比较偏高3～4℃，经检查发现是机组润滑油冷却器供水泵因垃圾堵塞而使冷却水水量减少所致，及时发现并排除了这一安全隐患。而通过监测1号发电机空气冷却器冷风温度与同等环境及负荷条件下比较偏高5～6℃，发现了空气冷却器冷却水管堵塞的故障等。

水电站机械设备温度监测的主要内容有：机组润滑油温，机组操作油温、冷却水泵、压油泵、润滑油泵各轴承温度、水轮机正推力瓦温度、径向轴承温度、发电机径向轴承温度、发电机空冷器热风、冷风温度等。

3　绝缘监测对水电站电气设备状态维护的重要作用及其主要内容

3.1发电机的绝缘监测及其内容

发电机是水电站最重要的设备之一，它的运行状态直接关系到电站安全与效益。由于发电机长期处于运行状态，热效应与电动力的长期作用，加上机组油污的化学作用都会影响发电机的绝缘，发电机的主要故障也是由于绝缘受损引起的，因此对发电机的绝缘监测在水电站状态维护中显得十分重要。笔者所在的水电站发电机曾多次通过绝缘监测发现了发电机潜在故障。如在夏季因洪水停机后再开机时，对发电机的绝缘进行测量发现绝缘下降，经检查发现是由于停机过程中发电机线圈温度急剧下降而产生了大量的凝露水造成绝缘下降，对其进行干燥处理后绝缘恢复正常，有效地控制了发电机故障的发生。这也证明，水电站每次开机前均应对发电机的绝缘进行测量，这是控制发电机故障发生的最有效方法之一。通过对发电机的绝缘不定期的进行测量，及时发现问题并处理，对发电机的状态进行全面掌控。

发电机绝缘监测的主要内容有：定子线圈及其引出线绝缘电阻、励磁回路绝缘电阻、定子线圈的泄漏电流等。

3.2变压器的绝缘监测及其内容

变压器是水电站的主要电气设备之一，通过对变压器的绝缘监测可以保证水电站的安全和经济运行。测定变压器绝缘电阻和吸收比，可以灵敏地发现变压器绝缘的整体或局部受潮，检查各部件绝缘表面的脏污及局部缺陷；检查有无短路、接地及瓷件破裂等缺陷。

变压器绝缘监测的主要内容有：绝缘电阻及吸收比，直流泄漏电流、介质损失值。

3.3其他电气设备的绝缘监测及其内容

水电站的电气设备种类很多，有一次设备、二次设备。大部分电气设备故障的主要原因都是因异常温度和绝缘受损而引起，因此对所有电气设备的绝缘监测显得十分重要，我们目前提倡不但要对电气设备进行定期的计划性预防性试验，而且要在平时的运行过程中一旦有机会就要对设备的绝缘进行测量，及时发现设备的潜在缺陷。这是电气设备状态维护一个最简单、最实用的方法。我们在日常工作当中应对以下电气设备进行绝缘监测：电力电缆、高压断路器、电流、电压互感器、二次电缆、高、低压电动机、高、低压母线等。

4　结束语

在水电站机电设备状态维护过程中，通过温度监测和绝缘监测能够很好的发现机电设备特别是电气设备的大部分潜在故障，是保障机电设备长周期、可靠、安全、经济运行的最有效手段之一。

作者简介：张方庆（1979-），男，高级工程师，从事电气设备技术管理工作。

收稿日期：2015-12-14

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.008

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）04-0025-03