基于水利泵站的电气设备故障排查技术研究

内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司 孙 宏

以前，大多数的水利泵站的故障排查一大部分都是人工完成，这对于水利泵站安全稳定地运行有一定的影响。电气设备的故障调查需要使用专业的知识和正确的故障调查方法，以加快故障调查工作进程，工作人员则有大量的时间来排查问题和处理故障，使水利泵站降低损失率。本文研究的是水利泵站电气设备的自动故障检测，而不是耗时耗力的不完整的人工故障检测分析，以期快速有效地发现电气设备存在的故障，延长机组寿命，确保机组稳定运行[1]。

1 电气设备常见故障

电气设备通常出现问题的都在电动机部分，电机绕组在长期的摩擦、挤压下，会出现断线现象，电磁绕组在高温高压下会逐渐熔化，从而引起电机短路、停止运转。电气设备配电箱也是在工作过程中需要用到的最重要部分之一，若其发生故障，将对水利泵站的运行产生非常不好的影响，还会出现不可预测的结果，水利泵站的运行受到电气设备内部运行的情况的直接影响。针对水利泵站电气设备热故障诊断效率不高及存在的不足，本文提出了一种新的解决方案，讨论了水利泵站电气设备的自动故障检测方法。

2 电器设备故障的宏观分析

2.1 将每个单元分开检测

当电路发生故障时，由于其内部有很多回路，而且水利泵站的电气设备中包含了很多的零部件，因此故障排除过程相对复杂。在查找电气设备问题时，首先要对每一级的电路以及各支路进行排查，可以将其划分为不同的电路单元，以降低排查的难度，根据故障的特点确定哪部分单元经常出现问题，这样可以减小排查的范围。尽管电路具有复杂性，需要排查的地方比较多，但运用单元分开检测，就能很快找到问题出现的位置。第一，要着眼于问题的特点，对电路的整体故障位置进行合理分析，首先对故障电路的位置进行评估。第二，在确定了故障隐蔽电路后，对支路的整体故障位置进行分析，并对各支路进行逐一检查，直接确定电气设备的故障部件[2]。

2.2 把不同部分的零件互换检测

这种方法的原理是将系统进行划分，用保护措施替换各系统中的相应元件，然后观察替换后的系统是否正常工作，确定电路的故障位置。如果更换元件后系统再次运行，则说明电路是畅通无阻的，确定故障的位置，故障可能是在更换元件的位置。如果发现故障元件在另一台设备的同一位置被替换，该位置不再起作用，则系统中会出现相同类型的故障，从而确定该位置的元件是引起故障的原因。当只有一台设备且包含相同的部件时，也可用替换法识别缺陷。如果更换后缺陷仍然存在，则不能将该部件评价为缺陷，因为缺陷的位置已经被错置，如果缺陷得到纠正，则很可能是该部件以外的电路存在缺陷。

2.3 对比故障电路和非故障电路的元件

比较法有助于调查员更快、更准确地定位故障，因为其分别测试电路中两个相同的系统和元件，这样才能判断其是否出现问题。这个原理很简单，所以可以将其应用于每一个故障排查。通过统计数据可以看出，两个位置的配件同时出现故障的概率很小，因此可以快速识别，不一样情况时的相关数据可以不同，而且还通过了科学的实验验证，这样就可以确定电气设备出现问题的范围及其严重程度。

2.4 应用相应的新型水利技术

在社会快速发展的今天，水利工程管理技术也必须不断创新，改造以前的模式，将高科技应用其中；使用FTA 技术、GIS 技术等先进技术，能充分整合计算机技术和工程技术，实现更准确、更精确的检测和计算，大大降低人工错误率、提高工作效率、有效降低成本。通过该平台，用户可以随时随地查看透明信息，及早发现问题，采取科学策略。

2.5 三菱PLC 控制器

可将三菱PLC 控制器应用于自动控制系统中，以泵站控制系统为例，其由工控机和PLC 组成的二级控制系统，在运行过程中获取和处理数据，在发生故障时提供自动保护，并可进行统计和查询，用于报告、项目管理和通信。该系统具有编程简单、程序修改灵活、操作简单可靠、控制精度高、故障排除能力强等特点。此外，该系统结构更紧凑，耗电更少，也更容易维护[3]。

3 电器设备故障的测量分析

3.1 电压降的方式

电压降法是测量电流电路的一种有效方法，可以提高测量人员的工作效率。电压降法主要应用于万用表的电压范围或直接应用于电压表。在选择万用表时，万用表的内阻一定要大于2km。在电路中，发现设备中的元件和电压表的数值都比较小或直接为0，那么就可以确定电源电路中，该设备有开路故障，或者在路径中可能存在低电阻短路。无论发生什么情况，都说明成功检测到了故障问题，一旦检测到该段路径上存在的故障，维修人员就可以及时介入，进行处理。

3.2 不同点的电位测量方式

使用电位对地的方法，应该在电路带电的情况下进行。对地电位法故障诊断原理图，如图1所示。如果在点测得的电压为110V，证明正负电源正常。再对对地电压逐一进行测量。若观察到电压变的数显非常低或者没有任何显示，则可以得出在此设备或者电路正常情况下没有得到正常的电压，即说明这个电路或元件可能有问题，需要检查[4]。

4 模拟实验

在本次模拟实验中，将新型故障排查检测方法设置成方法一，传统故障排查检测方法设置成方法二。实验装置为型有载调压变压器，额定电压为110kV，绕组宽度约为620mm，线饼数量为67个，电磁线总长度约为310m[5]。

为确保测试结果的准确性，避免仿真试验中有关部件的拆卸和组装对测试结果的影响，本文将变压器的内部部件分为五个部分，分别进行重复试验，每个组试验中测试两组故障判别方法。每次试验的间隔时间为5h，通过实验，变压器的性能与第一次测量结果相同。因此，很明显，这些测试结果没有受到变压器重新配置的影响。调试试验用的变压器，将4mΩ 的电阻连接在低电压端，将420V 的三相电压连接在高电压端，这样，试验用变压器能较好地模拟实际工况，用水泵站内的电器需要与本文所提出的一般故障诊断方法相结合。

4.1 不同故障程度检测

通过将一台变压器调整至绕组短路状态，采用两种方法对不同的短路计算结果进行对比，得出两种方法对不同短路的计算精度，如图2所示。

图2 不同程度故障排查对比

从折线图上可以看到，利用方法一可以很好地对应变压器短路故障的检测结果与实际存在的问题，采用第二种方法所得到的变压器短路故障诊断结果，并不能很好地反映实际的绕组故障情况。因此新的水利泵站电器故障诊断方法能较精确地发现不同程度的变压器绕组短路故障。

4.2 不同位置故障检测

分别将方法一和方法二设置在67块绕组的不同部位，来检验其对故障定位的正确性，对这三个部位依次进行短路故障检测，并将其与实际的短路故障定位相对比，结果如图3所示。

图3 不同位置故障排查对比

从图3可以看出，方法一的故障位置和测量到的故障位置基本上是一致的，但是在方法二中，故障的位置和测量到的故障位置有很大的差别。因此，这种新的水利泵站电气设备的故障诊断方法能够对电气设备的故障进行更加精确的定位。

5 电气设备故障排查的注意细则

第一，工作中使用的工具尺寸要精确，绝缘要符合要求，裸露的金属部分要尽量小，防止短路。

第二，替换的零件必须和原零件一样，没有任何瑕疵。其中最为关键的一点，就是在对微型计算机保护插件版本进行替换时，不但要保证插件的款式一致，而且要核对新插件与原来插件的软平板上的内存数据和是否相符，不然会使防护线路瘫痪。

第三，水利泵站电气设备的二次回路的工作进程结束之后，应该把相应的数据记录下来，包括修改前和修改后的数据，以作为核查的证据。

第四，应使用高内阻的电压表来测量二次回路的电压。要是使用万能表测量电压，其电压必须大于2kΩ。

第五，在测量电流回路中电流时，一定要提前检查电流变及其线路的完整性。为防止电源电路被打开，造成人员或设备事故，在测量过程中不得打开电源传输装置。

第六，必须有至少两名工作人员同时作业，其中一人负责监督。员工应清楚作业时间及作业方式，并按现有线路图熟悉二次回路。

第七，如果需要关闭电源保护，应尽量缩短关闭时间，并与控制室商定，在雷雨或恶劣天气下不应关闭保护。

第八，在测试整个防护线路时，操作之前需要检查防护线路是否和断路器连接在一起，就好像，假设一个防护线路里有多数的断路器断开，此时必须把其他设备的压板拆掉，才能继续试验。

6 结语

不同的检测人员采用的方法各不相同，但无论采用何种方法，检测的本质都来自宏观检查和仪器测量分析，因此，当排查的工作人员发现电气设备故障时，应该立即采取措施，运用专业技术，精准处理好故障，提高工作效率。这对电气设备的运营管理要求较高，对专业知识具有较高的要求，尤其是对其进行故障诊断，既要熟悉设备的工作状态、电气工程的基本理论，又要有一定的实践经验。电气故障的管理是整个水利泵站安全运行的一个重要组成。本文将新型电气故障检测系统与传统的故障检测系统进行了比较，为水利泵站的安全、可靠运行，以及电力故障诊断提供了一种新的途径。