水电站电气设备常见故障与处理措施分析

四川中铁能源五一桥水电有限公司 白加林

探索水电站电气设备常见故障与处理措施，需立足整体电气设备的发展现状，明确其结构组成，引入大数据技术与数据库技术，结合各个历史阶段出现较多的故障问题来进行综合的探索与研究，进而推行针对性的处理措施，避免同类型问题的频繁发生，维护水电站电气设备的长久运行。

1 水电站电气设备发展概述

在国家提出环保发展理念之后，水电站开始在国民经济快速发展中扮演着更加重要的角色，而电气设备是各种类型水电站维持长久运转的关键因素，故而提升电气设备管理水平势在必行。当前阶段国家水电站电气设备依托于行业与相关科技的发展得以迅速更新与完善，并突出以下三方面的发展趋势。

1.1 电气设备一体化发展

电气设备一体化是水电站未来发展的大趋势，其指的是将水电站中所覆盖的各项电气设备，如防雷保护设备、配电装置、高低压设备、电站监控系统等融为一体，对其进行综合管理，祛除以往电气设备布置分散、运行低效的问题，使其逐步具备高效、集约、低成本投入等优势，以此来推动国家水电站电气设备发展进入新篇章，这不但关系着水电行业的发展，也影响着国家的经济环保发展。

1.2 各项电气设备迅速更新换代

科技创新、技术提高是各项电气设备更新换代、可持续发展的前提与必要条件，在进入新时期以后，国家电气行业也在与国外一些同类型优秀行业展开全面的合作，开始有各种先进电气设备与技术融入中国市场，这给了中国电气设备企业很多的灵感，推动其结合外国先进技术，综合国情，创新性的研发适宜中国发展与应用的电气设备，推动电气设备完成旧式电气设备→新型电气设备→高端设备的逐步演变，进而直接促进水电站的高效发展[1]。

1.3 电气设备维修技术提升

水电站设备在长久运行过程中，虽然出现了各种各样的故障与问题，但是也给了维修人员较多的实践经验与操作平台，使其在维修过程中验证其理论知识，实现理论与实践的有效结合，这直接导致的结果是：设备维修时间越来越短，各项设备的使用体验感越来越高、设备寿命越来越长，这在降低水电站在电气设备方面投入的同时，也利于维持水电站的可持续运行，从而为周边居民带来较大的便利，并减轻国家的供电压力。

2 水电站电气设备常见故障

水电站电气设备常见故障可从以下数个方面进行举例分析：

2.1 变压器故障问题

2.1.1 异响

运行时出现异响。在某个阶段，若是因外部因素影响，水电站需持续高负荷运行，会让变压器长时期处于重负荷压力下，此时会出现“嗡嗡”响声；若是变压器内部绝缘被击穿或者是某个构件接触不良，亦会出现异响；变压器在产生谐振电压或者单相接地时，内部会一直发出刺耳的声响，若是一些零件因长久缺乏维护而出现较大磨损，导致其异常松动，亦会出现异响；若是变压器布置在潮湿阴暗的区域，会让其部分构件持续吸收水分，绝缘部分一直保持湿润状态，耐压强度会将至标准之下，最后出现绝缘击穿现象，给变压器的正常运转造成影响，并引发很多的安全隐患。此外还可能是因铁磁谐振、系统有接地或短路等因素造成的故障[2]。

2.1.2 闪络

闪络主要指的是绝缘瓷套管的闪络现象。如变压器油气套管等选用的是质量较差的设备，如果在套管表面产生较多污垢或者电容式套管间隙出现放电问题，也会造成套管出现闪络问题，其会直接导致大量气体的出现，若是未及时发现并处理该项问题，会引起变压器油等绝缘部分出现严重的损耗，进而引发各种故障问题。

2.2 母线故障

在水电站电气设备中，将变压器、互感器、发动机等设备进行串联的导线称为母线，其常见故障可分为以下数个方面：

2.2.1 接头不良

母线接头接头不良，造成接触电阻增大，对地绝缘电阻降低，出现发热或者弯曲折断问题，严重时会造成接头被烧红，造成较大的安全隐患。

2.2.2 绝缘不良

母线支持绝缘子因绝缘不良，造成母线对地绝缘电阻达不到标准值，严重时会造成母线出现闪络或者被击穿。

2.2.3 闪络

在较大短路电流流经母线时，会在弧光闪络与电动力的共同作用下，造成母线弯曲、损坏与折断，最后造成绝缘崩碎[3]。

2.3 互感器故障

2.3.1 电流互感器故障

电流互感器故障包括以下数种：其一，二次侧开路；其二，工作时异常发热而出现过热问题；其三，互感器内部冒烟或发出臭味；其四，线圈螺丝松动，匝间或层间短路；其五，内部放电，声响异常或引线与外壳间产生放电火花；其六，充油式电流互感器漏油严重或油面过低。

2.3.2 电压互感器故障

其一，电压三相指示不平衡；其二，中性点不接地；其三，高压保险多次熔断；其四，中性点接地、电压波动；其五，电压指示不稳；其六，电压互感器二次回路断线或短路；其七，电容式电压互感器的二次电压波动；其八，声音异常[4]。

2.4 发电机故障

2.4.1 定子绕组温度高

水轮发电机组定子温度高的原因有：其一，进风温度过高或进水温度过高，冷却器有堵塞现象；其二，负载不正常，电压长期偏高，会增加铁损；电流过大，铜损增加，出现定子绕组温度高；其三，定子铁心通风不足，风道被堵塞，定子绕组表面脏污，定子内粉尘和油污严重，散热不良。

2.4.2 发电机转子一点接地

水轮发电机转子接地的原因有：其一，转子滑环绝缘损坏、转子槽口绝缘损坏、转子槽绝缘和端部绝缘损坏、转子引线绝缘损坏等引起接地；其二，发电机转子长期旋转运行，转子线圈因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片损坏造成转子接地；其三，转子绕组局部过热，绝缘老化引起转子接地。

3 水电站电气设备常见故障处理措施

3.1 变压器故障处理措施

3.1.1 异响处理

其一，停电检查。若是有备用变压器，将故障变压器所带负荷转移到备用变压器，停下故障变压器，进行系统的检查，因不停电不可能完全诊断，其中可能存在绝缘不好与放电等其他问题，因此需依据变压器的故障特点来展开定点检查；其二，判断问题故障原因并进行针对性处理。变压器内部突然发出不正常声音，但很快消失。这是由于大容量动力设备在启动或外部发生短路事故造成的，此时只需对变压器及外部系统详细检查即可；变压器内连续不断地发出不正常声音时，应报告有关领导并增加巡视检查次数或专人监视；其三，故障处理。针对故障原因，制定针对性的维修计划，并贯彻落实，比如若是负荷高所致，应向调度部门申请，降负荷或者平均各个时间段的负荷来处理；若是因环境潮湿所致，则增设干燥器或防潮措施处理。

2020年3月20日，运行人员发现五一桥公司1B主变出现异常的嗡鸣声，变压器负荷调整后异常声音一直存在，经过3月22日、6月20日、9月25日、12月20日的油化试验均正常，2021年3月主变检修时，打开进人门后发现内部部分紧固的绝缘螺栓有松动现象，更换绝缘螺栓并紧固后，1B 变压器带电后运行声音正常。

3.1.2 闪络处理

其一，首先停运变压器，对闪络套管进行系统的检查与测量，若是难以发现其中存在的具体问题，需进行专项试验，在明确结果之后再做进一步处理；如果是油气套管本体原因，需要选用合格产品进行更换处理；如果是套管表面脏污等原因，应对套管表面进行清理，因防止清理不及时发生更大的闪络；对于变压器内部故障的闪络，只有通过定期油化试验，分析定期油化数据，判断变压器是否发生内部闪络，若发现数据异常，应缩短变压器油油化间隔时间来判断是否是内部发生闪络。

3.1.3 后续处理

其一，试运行。在故障问题解决之后进行试运行，若是不再发生类似，说明问题已经解决，若是依旧存在类似问题，说明问题未解决，或者是存在多处问题，应再次重复以上步骤来解决故障问题；其二，要求故障维修人员定期检查各项电气设备运行情况，及时发现其潜在的问题，避免故障问题进一步扩大，并详细记录其故障位置、原因与时间点，为后续相似故障问题的处理提供参考性资料，保障水电站电气设备的可持续运行。

3.2 母线故障处理

3.2.1 寻找故障点

从母线本身出发，逐次检查与其连接的各项设备，并按照顺序断开开关，切断互感器，结合故障特征与故障带来的后果，分析可能存在的故障问题，寻找各个故障点。

3.2.2 故障原因分析

分析故障原因，主要包括以下数点：断路器套管与母线绝缘子表面过于污秽造成的闪络；装置在母线上的电压互感器及断路器与母线间的电流互感器出现故障；进行倒闸操作时造成隔离开关或断路器的支持绝缘子损坏；运行人员误操作，比如带负荷拉刀闸致使弧光短路。

3.2.3 故障处理

针对上述故障原因，进行针对性的处理，强调以下数点：若是表面污秽所致，需在断电之后清理干净表面污秽；若是电流互感器所致，需整修或者更换互感器，使其满足使用所需；若是支持绝缘子损坏，需严格规范倒闸流程与措施，规范工作人员的具体行为，使其按照操作标准来执行系列操作任务，避免同类问题发生；根据中低压母线系统的保护特点设计智能电弧光保护系统，防止和降低电弧光的危害，该保护系统采用弧光检测和过流检测双判据原理，动作快、可靠性高，能够较大程度保护母线安全。

3.3 互感器故障处理

3.3.1 电流互感器故障处理

其一，故障判断。通常应根据出现的异常现象来进行判断处理。例如用试温蜡片检查发热情况，根据响声和表计指示值来判别是否开路，若互感器声响近于变压器满载时的声响，则多数为二次开路所致。从指示仪表也可直观判断互感器有无异常，如电流表为零或保护装置电流回路无电流，此故障一般为电流互感器二次回路断路引起，一旦发现故障，便立即进行修理或更换；其二，加强巡检工作：检查互感器各个位置有无过热现象及异声异味；定期校验绝缘情况；检查电流表的三相指示值是否在允许范围内，是否在过负荷运行；瓷质部分是否清洁完整，有无损坏和放电现象；若是充油式电流互感器，则检查其油位是否正常，有无渗、漏油现象。

3.3.2 电压互感器故障处理

其一，分析上述故障特点，探究其故障原因，比如保险损坏、谐振、内部绝缘损坏、层间和匝间故障、接地不良等原因；其二，提出在操作时可能误动的自动装置或者保护装置，拔掉二次保险，断开故障电压互感器二次开关；其三，若是电压互感器故障相或者三相高压保险已经被熔断，将隔离开关断开，以此来隔离故障，避免问题的进一步扩大。若是高压保险还处于完好状态，但是互感器已经损坏严重，代表高压侧绝缘已经不起作用，严禁通过取下隔断器或者以隔离开关来断开故障互感器，可选择以断路器来切除故障，并在不带电条件下断开隔离开关，重新供电；其五，故障隔离，一次母线并列之后，合上电压互感器二次联络，再次投入自动装置与保护装置；其六，若是互感器着火，第一时间切断电源，以1211灭火器、干粉灭火器来灭火。

3.4 发电机故障处理

3.4.1 定子绕组温度高

其一，利用机组C 修机会，及时疏通或清理冷却器，保持发电机空冷冷却水进水温度正常，冷却效果好；其二，控制发电机负荷在正常范围内运行，监视定子电流不超额定值；其三，利用A 修及时清理定子铁心通风槽，清洗通风风道和定子绕组表面，洗掉定子表面内粉尘和油污，保证定子散热良好。

3.4.2 发电机转子一点接地

其一，及时清理转子滑环碳粉，检查转子时注意槽口、端部、引线等重点部位，防止运行过程中这些部位绝缘损坏等接地；其二，检修时重点检查转子线圈、匝间绝缘垫片、磁极间绝缘撑块等，防止运行中变位，损坏绝缘造成转子接地；其三，运行过程中注意监视励磁电压和励磁电流，防止转子绕组过励磁运行造成局部过热。发电机转子出现一点接地应及时处理，防止出现转子两点接地，造成事故扩大。