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摘要：中小型水电站的装机容量较低，目前各国对小水电的定义和划分没有明确界限。虽然和大水电一样都是水利发电，但中小型水电站具有分散性、环保性、简单性和本地性多种特点。水电站的主要能量来自于水流的势能，将势能转换为电能是水电站的主要发电模式。水电站的常见电气故障包括电抗器故障、发电机绝缘破损故障、电压互感器熔断故障、发电机电压过低故障、发电机消磁故障以及调速器故障等，不同的故障对应不同的处理措施。
关键词：中小型水电站；电气故障；处理措施
为保证水电站的电气设备安全运行，提升水电站的生产效率，需要根据实际的生产需求对水电站电气设备的分布进行合理设置。水电站主要的电气设备为一次设备和二次设备两种，一次设备主要含有升压变电设备及发电设备；二次设备主要是负责监测并调节一次设备的设备，二次设备能够保证一次设备的安全稳定运行，在发生故障时，能够为技术人员和维护人员提供有效参考。在对水电站电气设备进行布置的过程中，应尽可能减少开挖的工程量，合理利用资源，同时保证电气设备运行的安全性。
一、水电站电气设备简介
目前，水电工程已经成为我国主要的供电工程项目之一，以某水电工程为例，其2013年8月至2014年8月期间日均的发电量如下图所示。
发电量日均产量图（千瓦）
水电站是将水的势能转化为电能的综合工程，主要的动力来源就是水流，因此一般的水电站都建设在江河之上。利用建筑将水流阻断，使水位形成高低差，再充分运用水流的势能形成水头，汇聚并调节天然水流的流量，最后通过电气设备的运转将水能转化为电能。我国目前阶段的水电站通常都建造在水流落差大的地区，最主要的建造地点集中在长江、黄河干流及其主要支流上[1]。水电站转化水能主要依赖电气设备实现，水电站的电气设备在用途上会有所不同，可以将其分为一次设备和二次设备两大类，一次设备是主要负责发电和输电工作的电气设备，而二次设备大多为辅助性设备，和一次设备相比，二次设备的使用周期更短，维修所需费用也更少，在进行设备检测时，更容易发现问题并处理。
二、水电站常见电气故障及处理措施
（一）电抗器故障及处理措施
电抗器也被称之为电感器，是水电站的核心电气设备，其工作原理为：一个导体在通电状态下就会在其所占据的一定范围空间中产生磁场，因此所有能够载流的电导体都具有一般意义上的感性。电抗器的主要作用在于连续升压或降压，在日常运行的过程中，因为内部或外部因素的影响，经常会出现各种故障。例如，如果电抗器长时间运行工作而没有得到有效休整，就容易出现温度过高的情况，这样的情况一旦持续太久，最终将会超过设备自身所能承受的极限，烧坏设备。另外，在日常使用的过程中，也经常会出现电流不稳的情况，这些因素会使电抗器无法在正常的电流中运行，从而发生故障。对于这些问题，相关技术人员应有针对性的应急预案和预防措施。例如在应对电抗器温度过高问题时，使用分流器就能够很好地解决。简单来讲，分流器就是通过使用一台机组使其和原有机组进行并联，从而有效降低电抗器的流经电流量，减低电抗器的温度，降低电抗器产生故障的可能性[2]。对于电流不稳的问题，有关技术人员可以通过使用升压器或降压器的方式加以解决，通过升压器和降压器设定不同参数的方式实现电抗器的稳定运行。
（二）发电机绝缘破损故障及处理措施
中小型水电站在运行过程中需要运用发电机设备，在发电机的应用过程中，往往会出现热损耗的情况，这一问题会造成电机的绝缘体破损，严重时可能会引发安全事故。发电机的绝缘体出现破损后，可能会因漏电而造成短路的情况，这样一来就给电气设备的维修工作带来了一定的安全隐患。如果此时维修工人员的安全意识薄弱，并且专业技能掌握不足，就可能出现触电现象。因此，为提升电气维修的安全性，技术人员应首选处理发电机的绝缘体破损问题。当发电机出现绝缘体破损后，往往会出现三种情况：第一，发电机的通风口出现火星外冒现象，有时会出现较浓的烟尘，能闻到焦味；第二，在监控设备上，显示器会出现指针指向零的情况；第三，断路器会频繁跳闸。当发电机在运行过程中出现以上三种情况时，技术人员就应尽快检查发电机的绝缘体，如果发现绝缘体被烧坏，则应及时处理，保证发电机正常运行。
（三）电压互感器熔断故障及处理措施
电压互感器主要有两种，分别是低压熔断和高压熔断。低压熔断也可以被认为单相低压熔断和双相低压熔断两种。如果发生单相低压熔断事故，一次设备的电压正常，但熔断器断开，就会导致故障相没有电压，但此时的非故障相电压维持不变。一旦这样的情况出现，就应该立即更换低压熔断器，这是目前为止最有效的解决措施，当然这一措施执行起来也比较容易，只需要现场的技术人员自行处理即可[3]。高压熔断器的断开是为了保护系统，因此在出现高压熔断的情况时，应立即停止运行设备，迅速采取相应解决措施，更换或维修高压熔断器。
（四）发电机电压过低故障及处理措施
在检修完水电站的发电机后，时长会出现电压偏低的情况，电压无法达到规定的标准值，就会因此引发故障。发电机在刚完成检修并启动时，会在保持额定转速的前提下持续升压，磁电阻会因此变小，因此磁电压及定子电压没有办法上升，这样一来就很难达到额定电压。当这样的情况出现时，就应及时采取正确的处理措施，分析造成故障的原因，并对可能的情况逐一排查，最终确诊。一般来说，通过检查励磁回路的方式，检测回路内部的适口是否出现了断线的情况，电刷是否在正确的位置上等等。如果检查后发现励磁回路没有出现以上情况，并且励磁电压表的指针出现了偏转的情况，就说明励磁线圈的搭接出现了问题。对此，正确的处理措施是换接正负极，换接励磁线圈的正负极。如果励磁电压表的指针未出现偏转情况，电压表没有显示任何度数，就说明励磁线圈的磁场不足。在这种情况下，应对励磁线圈进行充磁处理，可以加入直流电源以完成对励磁线圈的充磁工作。当排查了所有故障之后，技术人员还应对设备进行跟踪检查，确保设备在日后的使用中一直处于正常状态。
（五）发电机消磁故障及处理措施
在正常情况下，发电机如果出现消磁的情况，发电机的电压就会处于非常不稳定的状态下，因此就难以达到额定电压的标准，如此一来，励磁电压和发电定子的电压都会快速下降，对于发电机的正常运行产生严重威胁。如果情况严重，还可能导致水电站系统停止工作，无法正常输送电能，给输电网络的下游用户正常生活带来不便。因此，如果要想对此问题进行有效处理，技术人员应首先研究导致发电机消磁的原因，可能的原因包括发电机结构缺陷或电路问题等，对相关因素进行仔细排查后。在对励磁机进行全面检查，检查其内部各回路是否处在正确的位置上[4]。最后根据检查的结果，排除非故障因素，对于造成故障的因素采取针对性措施进行改进，保证发电机的磁力充足，确保水电站能够稳定高效地运行。
（六）调速器故障及处理措施
调速器的故障原因主要为：微电调报导叶液压故障、工控机报通讯故障、工控机报电源故障、工控机报励磁电源故障以及功率采样故障、工控机报水头采样故障等十多种原因。对于不同的原因，处理故障的方式也不相同，但由于都属于调速器故障，因此在处理上还是存在一定的相同点。例如在处理导叶液压故障时，如果液压故障对脉冲阀控制单元的液压装置造成影响，那么电调启动脉冲阀就应冗余控制，也就是切断伺服比例阀的回路，通过继电器控制脉冲的增压阀实现对导叶开度的调整。虽然在控制精度方面比之前有所不足，但依然可以暂时维持机组的正常运转。如果维修工作要在保证机组不停机的状态下进行，就应先观察电调导叶的反馈信号是否出现异常，手动切换阀是否到位。可先将机组切换到手动模式，然后将系统复位，检查故障是否依然存在。也可以对滤油器进行检查，查看是否出现了滤芯堵塞信号没有报警的情况，可以切换滤油器。
结束语
中小型水电站的服务范围虽然较小，服务人口也较少，但其安全性仍然非常重要。电气设备的安全性是影响水电站安全稳定的重要因素，特别是在当前广泛普及推广自动化和智能化电气设备系统的时代，一旦电气出现故障，水电站就可能面临重大损失，同时对工作人员的人身安全也产生重大威胁。为提升对水电站电气设备的管理和维护，应建立完整、健全的维护体系，制定科学维护制度，提升技术人员的专业能力，及时发现问题及时处理，避免事态扩大。
参考文献：
[1] 左厉,李丹.浅谈水电站电气设备的检修措施与故障处理[J].科技风,2014,(24):140-140.
[2] 罗强.刍议水电站电气设备故障处理[J].通讯世界,2014,(9):93-94.
[3] 方东辉.浅谈水电站电气设备的检修措施与故障处理[J].低碳世界,2015,(26):94-95.
[4] 李斌.浅谈水电站电气设备的检修措施与故障处理[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(8):5263-5264.
论文作者:刘剑锋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/20
标签：水电站论文; 故障论文; 发电机论文; 设备论文; 电气设备论文; 措施论文; 情况论文; 《电力设备》2016年第24期论文;