小型水電站電氣設備常見故障與排除

李 強，周 鵬，張慶杰

（1.萊蕪市喬店水庫管理處，山東 萊蕪 271100；2.萊蕪市水利與漁業局，山東 萊蕪 271100）

雪野水庫壩后式水電站始建于1972年1月，于1976年10月投產運行，電站裝機容量2臺,分別為800kW和250kW,單機設計流量分別為9.8m3/s和2.5m3/s。電站自使用以來在為灌區群眾用電提供便利的同時，也為水庫管理處創造了很好的經濟效益。但在電站運行中，電器設備故障隨時都會發生，且故障多種多樣，涉及到電氣系統的各個部位。要想排除設備故障點，就要求技術人員必須掌握一定的專業技術，能夠及時發現故障并熟練、可靠地將其排除。根據電站的維修、改進情況以及筆者多年從事此項技術工作所積累的經驗，現對小水電電氣設備常遇到的電器故障與處理方法闡述如下。

1 電抗器引發故障的處理

電站為了減少主變溫升，增加出力，往往將主變低壓側中心點經電抗器接地，而發電機中心點直接接地，就會引起發電機中線電流不平衡、準同期裝置失靈及電抗器、主變與線路的諧振。

1.1 中心線電流變化及其處理

對于幾臺發電機并列運行，中心線電流隨所帶負荷不平衡而發生巨大變化；且并列運行時，某臺發電機所帶負荷相對其它機組越大，則該機中心線的電流就越大。這是因為其他發電機三次諧波電流與該機形成環流，造成該機中心線電流大大增加。此時會導致中線過熱，甚至熔化。因此，要求并列運行時盡量調整各臺發電機所帶負荷的平衡。

1.2 準同期并網裝置失靈及其處理

發電機中心線直接接地，系統側的“零點”（主變中心點）是經電抗器而接地，對交流電來說，經電抗器后電流就滯后電壓90度。因此，對于直接取用機端電壓（220V）進行并網的同期裝置，兩個零點之間就存在著22V左右的電壓差，造成同期裝置失靈。

在實際操作中，只要用一根1.5mm2導線將主變中心點接地，同時引一根地線到同期裝置并適當調大并網角度，即可解決此類問題。

1.3 線路主與變及電抗器間的諧振

某電站3臺250kW機組，兩臺175kW機組，1號主變容量為1000kWA，2號主變容量為500kWA。開機并網時發現準同期裝置失靈，同期轉向燈不正常，白燈、紅燈同時熄滅。測同期裝置引入電源電壓分別為210V、340V,測母線三相對地電壓分別為 170V、230V、340V，短路電抗器三相對地電壓均在220V左右，同期裝置及轉向燈也恢復正常，以此現象判定為諧振。

處理方法有三種：其一，先投入2號主變并上一臺175kW機組，破壞諧振點，再并250kW機組；其二，采用1個轉換開關，250kW機組并一臺前，先將電抗器短接，并上機組后再切除短接；其三，有條件的地方采取補償電容，一方面可以破壞諧振，另一方面又可以補償機組無功，這是最恰當的。

2 中性點不接地系統電壓不平衡現象

2.1 電壓互感器熔斷器熔斷

電壓互感器熔斷器熔斷有高壓熔斷器熔斷和低壓熔斷器熔斷之分，出現的現象也是完全不一樣的。

2.1.1 高壓熔斷器熔斷

1）單相高壓熔斷器熔斷。由于PT有一定的感應電壓，故障相電壓降低，且不為零，非故障相電壓正常，向量角為1200，同時由于熔斷器熔斷使一次側電壓不平衡，造成開口三角形有電壓，即有零序電壓。如圖1，A相高壓熔斷器熔斷，矢量合成結果零序電壓3U0，數值等于相電壓 Ux（下同），電壓表指示約為 33V左右，故能起動接地裝置，發出接地信號。若機組運行時出現這種情況，由于高壓熔斷器熔斷等于保護退出，故要求電站值班人員向調度申請停機，通知檢修更換高壓熔斷器。

2)兩相高壓熔斷器熔斷。同樣由于PT感應效應，故障相電壓降低，不為零，非故障相電壓正常，同時一次側電壓也不平衡，開口三角形也有電壓，例如，A相、B相高壓熔斷器熔斷，矢量合成結果（見圖2），只有一相 C相，零序電壓3u0，數值也等于相電壓 uX，約為33V左右，故能起動接地裝置，發出接地信號，處理方式同一相熔斷器熔斷一樣。

2.1.2 低壓熔斷器熔斷

單相低壓熔斷器熔斷時，由于是一次側熔斷器熔斷，一次側電壓正常，所以故障相電壓為零，非故障相電壓正常，其向量角為120°。開口三角形處沒有零序電壓，不能起動接地裝置，不發出接地信號。出現這種情況，只要電站運行人員及時自行更換低壓熔斷器就可以了。兩相低壓熔斷器熔斷，也是故障相電壓為零，非故障相電壓正常，A處理方法和單相熔斷一樣。

2.2 單相接地

單相接地，可分金屬性接地和非金屬性接地。若A相接地，其電壓向量圖見圖3、圖4。若用K表示單相接地系數，則 K=u0d/uX(0≤K≤1.0，K=0為不接地，K=1為金屬性接地)

由圖3和圖4可知各相對地電壓的特點：

1)相對地電壓 uAd。K=0 時，uAd=uX；K=1 時，uAd=0；當K在0～1.0之間變化時，uAd在uX～0之間變化，故接地相對電壓uAd降低，但不為零。

2)非接地相對地電壓 uBd。 K=0時，uBd=uX；K=1時，uBd=3uX；即上升為線電壓，K值在0～1.0之間變化時，uBd相量的始端沿著圖的半圓OdA變動?？梢?，在一定范圍內單相(A相)非金屬性接地，非接地相(B相)對地電壓是降低而不是升高的。在這個范圍內接地相(A相)對地電壓也不是最低的。故不能用對地電壓最低作為判斷接地相的依據。當不在這個范圍內，B相對地電壓會升高，且不超過線電壓。

3)非接地相對地電壓 uCd。 K=0時，uCd=uX；K=1時，uCd=3uX；即上升為線電壓；當K在 0～1.0之間變化時，uCd相量的始端沿著圖的半圓OdA變動。可見，uCd總是升高的，在一定范圍內單相(A相)非金屬性接地，非接地相(C相)對地電壓最高可超過線電壓。

4)點對地電壓 uOd。 K=0 時，uOd=0；K=1 時，uOd=uX；K在0～1.0之間變化時，uOd在0～uX。當然對這個電壓電壓表是沒有辦法顯示出來的，但對它有一定的了解，對分析電網的問題很有幫助。

總之，在0

3 發電機電壓達不到額定電壓

雪野水庫小型水電站發電運行時，一次發現發電機發點電壓達不到額定值。在發電機剛檢修完好的情況下，起動發電機到額定轉速后，在升壓時，減少勵磁機磁電阻勵磁電壓和發電機定子電壓都升不上來。這樣維修人員必須查明故障原因。勵磁機勵磁電壓的建立，起先是由剩磁所引起的，所以當勵磁機失去剩磁時，勵磁電壓便建立不起來，檢修過的發電機剩磁很容易消失。

如果在解體檢修勵磁機時，由于接線錯誤把勵磁線圈正負極接反，這樣再次起動運行，則勵磁機、勵磁線圈中流過的電流產生的磁通與鐵芯原有剩磁方向相反，使剩磁削弱或者完全消失，所以電壓建立不起來。

在查明原因后，再對故障進行排除，處理方法是，這時應檢查勵磁回路（包括勵磁機內部）有無斷線，電刷位置是否正確，電刷接觸是否良好，如果檢查結果正常，而勵磁電壓表又有很小的指示值，表示勵磁線圈接錯方向，應把勵磁線圈正負極性對換一下。如果勵磁電壓表沒有指示，應在勵磁機勵磁線圈上加直流電源（一般用蓄電池）進行充磁。充磁時直流電源正負兩極應和勵磁線圈正負兩端對應接觸一下即可。在進行外加直流電源充磁時，最好把勵磁開關切斷、勵磁電阻加到最大，防止發生高電壓。

4 發電機內部絕緣故障

在運行中發電機斷路器和勵磁開關突然自動跳閘，發電機回路中的指示表針全指零，檢查繼電器動作情況時發現差動繼電器動作。有時發現發電機內部或風道中冒煙或冒火星，并有絕緣燒焦臭味，這種現象說明發電機內部有絕緣故障。這是因為發電機線圈絕緣損壞或鐵芯短路引起的。故障情況一般是由單相接地或是匝間短路而擴大成為相應短路使繼電保護動作。

發生接地故障的原因有以下幾種：

1）過電壓引起。在發電機電壓網絡中發生單相接地時，其他兩相電壓會升高，最高達倍。更為嚴重的過電壓是發生在單相弧光接地時，可能使未故障相對地電壓升高3～3.5倍。在發電機電壓引出線路上，發生A相弧光接地時，若發電機定子線圈BC兩相中有一相絕緣不良，則絕緣不良的一相就會被電壓擊穿，從而發生兩點接地故障。此外，在直配線系統中，由于防雷設施不恰當，發電機也容易遭受到雷電波的襲擊，而打穿線圈絕緣。

2）溫度過高引起。如果長時間的線圈溫度過高或鐵芯短路發熱，其結果使線圈絕緣惡化，即絕緣強度降低，這就更容易使絕緣擊穿。

3）在檢修時因不注意而把工具零件丟在發電機里；或是在運行中轉子上的零件，如綁線式轉子的綁線甩開，搭在絕緣線圈上，造成絕緣損壞。

4)由于定子線圈端部接頭焊接不良，在運行中過熱，使接頭開焊而引起電弧將絕緣燒壞。

當差動繼電器動作時，除去發電機本體故障外，在繼電器保護范圍里其他地方短路都能發生動作，特別是電纜最易發生故障，所以還要檢查發電機電纜以及差動繼電器保護范圍里的其他設備有沒有絕緣打穿痕跡。

預防發電機線圈內部絕緣故障主要是按規定定期進行發電機絕緣的耐壓試驗，用以判斷絕緣是否劣化。如發現上述情況，值班人員應把勵磁機勵磁變阻器調到最大值，將發電機斷路器及勵磁開關的遠方控制開關打到斷開位置，應停止運行檢查。如發生火災應按發電機火災事故處理，然后再根據情況逐步進行檢查檢修。

5 結 語

上面四種情況是小型電站最常碰到的。電站運行人員對這方面的故障應有清楚的認識，以便能“穩、準、快”的處理類似的故障。其中第二種故障中第二種情況，是整個電網的故障時，需要電詢調度，具體處理由調度決定。

由上述幾種情況分析看出，電站運行人員首先必須了解電氣設備運動形式，對各種電氣設備的型號、規格、銘牌、參數要熟練掌握。掌握設備的工作性能、工作原理及控制特點，是發現與排除故障的前提條件，熟悉各電器元件在設備的具體位置及線路的布局，充分掌握電氣原理與實際配線的一一對應，是排除故障、提高設備性能的基礎。這樣在設備運行過程中，才能合理分析各種故障情況，做到分析判斷準確，處理及時，以確保設備的安全運行。