基于水利泵站的電氣設(shè)備故障排查技術(shù)研究

內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司 孫 宏

以前，大多數(shù)的水利泵站的故障排查一大部分都是人工完成，這對于水利泵站安全穩(wěn)定地運行有一定的影響。電氣設(shè)備的故障調(diào)查需要使用專業(yè)的知識和正確的故障調(diào)查方法，以加快故障調(diào)查工作進程，工作人員則有大量的時間來排查問題和處理故障，使水利泵站降低損失率。本文研究的是水利泵站電氣設(shè)備的自動故障檢測，而不是耗時耗力的不完整的人工故障檢測分析，以期快速有效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在的故障，延長機組壽命，確保機組穩(wěn)定運行[1]。

1 電氣設(shè)備常見故障

電氣設(shè)備通常出現(xiàn)問題的都在電動機部分，電機繞組在長期的摩擦、擠壓下，會出現(xiàn)斷線現(xiàn)象，電磁繞組在高溫高壓下會逐漸熔化，從而引起電機短路、停止運轉(zhuǎn)。電氣設(shè)備配電箱也是在工作過程中需要用到的最重要部分之一，若其發(fā)生故障，將對水利泵站的運行產(chǎn)生非常不好的影響，還會出現(xiàn)不可預(yù)測的結(jié)果，水利泵站的運行受到電氣設(shè)備內(nèi)部運行的情況的直接影響。針對水利泵站電氣設(shè)備熱故障診斷效率不高及存在的不足，本文提出了一種新的解決方案，討論了水利泵站電氣設(shè)備的自動故障檢測方法。

2 電器設(shè)備故障的宏觀分析

2.1 將每個單元分開檢測

當(dāng)電路發(fā)生故障時，由于其內(nèi)部有很多回路，而且水利泵站的電氣設(shè)備中包含了很多的零部件，因此故障排除過程相對復(fù)雜。在查找電氣設(shè)備問題時，首先要對每一級的電路以及各支路進行排查，可以將其劃分為不同的電路單元，以降低排查的難度，根據(jù)故障的特點確定哪部分單元經(jīng)常出現(xiàn)問題，這樣可以減小排查的范圍。盡管電路具有復(fù)雜性，需要排查的地方比較多，但運用單元分開檢測，就能很快找到問題出現(xiàn)的位置。第一，要著眼于問題的特點，對電路的整體故障位置進行合理分析，首先對故障電路的位置進行評估。第二，在確定了故障隱蔽電路后，對支路的整體故障位置進行分析，并對各支路進行逐一檢查，直接確定電氣設(shè)備的故障部件[2]。

2.2 把不同部分的零件互換檢測

這種方法的原理是將系統(tǒng)進行劃分，用保護措施替換各系統(tǒng)中的相應(yīng)元件，然后觀察替換后的系統(tǒng)是否正常工作，確定電路的故障位置。如果更換元件后系統(tǒng)再次運行，則說明電路是暢通無阻的，確定故障的位置，故障可能是在更換元件的位置。如果發(fā)現(xiàn)故障元件在另一臺設(shè)備的同一位置被替換，該位置不再起作用，則系統(tǒng)中會出現(xiàn)相同類型的故障，從而確定該位置的元件是引起故障的原因。當(dāng)只有一臺設(shè)備且包含相同的部件時，也可用替換法識別缺陷。如果更換后缺陷仍然存在，則不能將該部件評價為缺陷，因為缺陷的位置已經(jīng)被錯置，如果缺陷得到糾正，則很可能是該部件以外的電路存在缺陷。

2.3 對比故障電路和非故障電路的元件

比較法有助于調(diào)查員更快、更準(zhǔn)確地定位故障，因為其分別測試電路中兩個相同的系統(tǒng)和元件，這樣才能判斷其是否出現(xiàn)問題。這個原理很簡單，所以可以將其應(yīng)用于每一個故障排查。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，兩個位置的配件同時出現(xiàn)故障的概率很小，因此可以快速識別，不一樣情況時的相關(guān)數(shù)據(jù)可以不同，而且還通過了科學(xué)的實驗驗證，這樣就可以確定電氣設(shè)備出現(xiàn)問題的范圍及其嚴重程度。

2.4 應(yīng)用相應(yīng)的新型水利技術(shù)

在社會快速發(fā)展的今天，水利工程管理技術(shù)也必須不斷創(chuàng)新，改造以前的模式，將高科技應(yīng)用其中；使用FTA 技術(shù)、GIS 技術(shù)等先進技術(shù)，能充分整合計算機技術(shù)和工程技術(shù)，實現(xiàn)更準(zhǔn)確、更精確的檢測和計算，大大降低人工錯誤率、提高工作效率、有效降低成本。通過該平臺，用戶可以隨時隨地查看透明信息，及早發(fā)現(xiàn)問題，采取科學(xué)策略。

2.5 三菱PLC 控制器

可將三菱PLC 控制器應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中，以泵站控制系統(tǒng)為例，其由工控機和PLC 組成的二級控制系統(tǒng)，在運行過程中獲取和處理數(shù)據(jù)，在發(fā)生故障時提供自動保護，并可進行統(tǒng)計和查詢，用于報告、項目管理和通信。該系統(tǒng)具有編程簡單、程序修改靈活、操作簡單可靠、控制精度高、故障排除能力強等特點。此外，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，耗電更少，也更容易維護[3]。

3 電器設(shè)備故障的測量分析

3.1 電壓降的方式

電壓降法是測量電流電路的一種有效方法，可以提高測量人員的工作效率。電壓降法主要應(yīng)用于萬用表的電壓范圍或直接應(yīng)用于電壓表。在選擇萬用表時，萬用表的內(nèi)阻一定要大于2km。在電路中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的元件和電壓表的數(shù)值都比較小或直接為0，那么就可以確定電源電路中，該設(shè)備有開路故障，或者在路徑中可能存在低電阻短路。無論發(fā)生什么情況，都說明成功檢測到了故障問題，一旦檢測到該段路徑上存在的故障，維修人員就可以及時介入，進行處理。

3.2 不同點的電位測量方式

使用電位對地的方法，應(yīng)該在電路帶電的情況下進行。對地電位法故障診斷原理圖，如圖1所示。如果在點測得的電壓為110V，證明正負電源正常。再對對地電壓逐一進行測量。若觀察到電壓變的數(shù)顯非常低或者沒有任何顯示，則可以得出在此設(shè)備或者電路正常情況下沒有得到正常的電壓，即說明這個電路或元件可能有問題，需要檢查[4]。

4 模擬實驗

在本次模擬實驗中，將新型故障排查檢測方法設(shè)置成方法一，傳統(tǒng)故障排查檢測方法設(shè)置成方法二。實驗裝置為型有載調(diào)壓變壓器，額定電壓為110kV，繞組寬度約為620mm，線餅數(shù)量為67個，電磁線總長度約為310m[5]。

為確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免仿真試驗中有關(guān)部件的拆卸和組裝對測試結(jié)果的影響，本文將變壓器的內(nèi)部部件分為五個部分，分別進行重復(fù)試驗，每個組試驗中測試兩組故障判別方法。每次試驗的間隔時間為5h，通過實驗，變壓器的性能與第一次測量結(jié)果相同。因此，很明顯，這些測試結(jié)果沒有受到變壓器重新配置的影響。調(diào)試試驗用的變壓器，將4mΩ 的電阻連接在低電壓端，將420V 的三相電壓連接在高電壓端，這樣，試驗用變壓器能較好地模擬實際工況，用水泵站內(nèi)的電器需要與本文所提出的一般故障診斷方法相結(jié)合。

4.1 不同故障程度檢測

通過將一臺變壓器調(diào)整至繞組短路狀態(tài)，采用兩種方法對不同的短路計算結(jié)果進行對比，得出兩種方法對不同短路的計算精度，如圖2所示。

圖2 不同程度故障排查對比

從折線圖上可以看到，利用方法一可以很好地對應(yīng)變壓器短路故障的檢測結(jié)果與實際存在的問題，采用第二種方法所得到的變壓器短路故障診斷結(jié)果，并不能很好地反映實際的繞組故障情況。因此新的水利泵站電器故障診斷方法能較精確地發(fā)現(xiàn)不同程度的變壓器繞組短路故障。

4.2 不同位置故障檢測

分別將方法一和方法二設(shè)置在67塊繞組的不同部位，來檢驗其對故障定位的正確性，對這三個部位依次進行短路故障檢測，并將其與實際的短路故障定位相對比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同位置故障排查對比

從圖3可以看出，方法一的故障位置和測量到的故障位置基本上是一致的，但是在方法二中，故障的位置和測量到的故障位置有很大的差別。因此，這種新的水利泵站電氣設(shè)備的故障診斷方法能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的故障進行更加精確的定位。

5 電氣設(shè)備故障排查的注意細則

第一，工作中使用的工具尺寸要精確，絕緣要符合要求，裸露的金屬部分要盡量小，防止短路。

第二，替換的零件必須和原零件一樣，沒有任何瑕疵。其中最為關(guān)鍵的一點，就是在對微型計算機保護插件版本進行替換時，不但要保證插件的款式一致，而且要核對新插件與原來插件的軟平板上的內(nèi)存數(shù)據(jù)和是否相符，不然會使防護線路癱瘓。

第三，水利泵站電氣設(shè)備的二次回路的工作進程結(jié)束之后，應(yīng)該把相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄下來，包括修改前和修改后的數(shù)據(jù)，以作為核查的證據(jù)。

第四，應(yīng)使用高內(nèi)阻的電壓表來測量二次回路的電壓。要是使用萬能表測量電壓，其電壓必須大于2kΩ。

第五，在測量電流回路中電流時，一定要提前檢查電流變及其線路的完整性。為防止電源電路被打開，造成人員或設(shè)備事故，在測量過程中不得打開電源傳輸裝置。

第六，必須有至少兩名工作人員同時作業(yè)，其中一人負責(zé)監(jiān)督。員工應(yīng)清楚作業(yè)時間及作業(yè)方式，并按現(xiàn)有線路圖熟悉二次回路。

第七，如果需要關(guān)閉電源保護，應(yīng)盡量縮短關(guān)閉時間，并與控制室商定，在雷雨或惡劣天氣下不應(yīng)關(guān)閉保護。

第八，在測試整個防護線路時，操作之前需要檢查防護線路是否和斷路器連接在一起，就好像，假設(shè)一個防護線路里有多數(shù)的斷路器斷開，此時必須把其他設(shè)備的壓板拆掉，才能繼續(xù)試驗。

6 結(jié)語

不同的檢測人員采用的方法各不相同，但無論采用何種方法，檢測的本質(zhì)都來自宏觀檢查和儀器測量分析，因此，當(dāng)排查的工作人員發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備故障時，應(yīng)該立即采取措施，運用專業(yè)技術(shù)，精準(zhǔn)處理好故障，提高工作效率。這對電氣設(shè)備的運營管理要求較高，對專業(yè)知識具有較高的要求，尤其是對其進行故障診斷，既要熟悉設(shè)備的工作狀態(tài)、電氣工程的基本理論，又要有一定的實踐經(jīng)驗。電氣故障的管理是整個水利泵站安全運行的一個重要組成。本文將新型電氣故障檢測系統(tǒng)與傳統(tǒng)的故障檢測系統(tǒng)進行了比較，為水利泵站的安全、可靠運行，以及電力故障診斷提供了一種新的途徑。