淺談水電站電氣故障與處理措施

蘇雪亮

（新興縣北峰山水庫管理處，廣東 新興 527400）

隨著電氣設備在電站中被廣泛采用，但同時也出現一些故障問題。常見電站電氣設備故障包括由電抗器接地導致的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；由中性點不接地系統電壓不平衡現象導致的高壓熔斷器熔斷和低壓熔斷器熔斷；以及由于發電機電壓達不到額定電壓和發電機內部絕緣故障等導致的故障。

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他機組越大，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 °。

1.3 線路主與變及電抗器間的諧振

某電站3臺250 kW機組，兩臺175 kW機組，1號主變容量為1000 kWA，2號主變容量為500 kWA。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210 V、340 V，測母線三相對地電壓分別為170 V、230 V、340 V，短路電抗器三相對地電壓均在220 V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3種：①先投入2號主變并上一臺175 kW機組，破壞諧振點，再并250 kW機組；②采用1個轉換開關，250 kW機組并一臺前，先將電抗器短接，并上機組后再切除短接；③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，出現的現象也不同。

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120 °，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。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33 V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，只有一相C相，零序電壓3U0，數值也等于相電壓Ux，約為33 V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相同。

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1、圖2。

圖1 A相接地中性點電壓向量

圖2 A相接地中性點位移軌跡

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）。

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。可見，在一定范圍內單相（A相）非金屬性接地，非接地相（B相）對地電壓時降低而不是升高的。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，電壓表是無法顯示出來的，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＜K＜1.0時，對任意K值，C相對地電壓總是大于A相和B相的相對地電壓，由此可以得出規律，單相非金屬性接地時，以正相序（A→B→C→A）為準，對地電壓最高的下一相為接地相。由于單相接地使一次電壓產生不平衡，故開口三角形處有電壓，電壓值在0～100 V之間，在金屬性接地時，電壓值為相電壓的3倍，電壓表指示為100 V；非金屬性接地時小于100 V。小接地系統中，允許單相接地運行1～2 h，還是要及時解除故障，否則會導致兩相接地，而保護動作跳閘，影響送電。

3 發電機電壓達不到額定電壓

電站發電運行時，發電機發電電壓達不到額定值。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，由于防雷設施不當，發電機也易受到雷電波的襲擊，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。

5 結束語

總之，故障排除后，維修人員還應做進一步的檢查，通過檢查證實故障確實已排除，然后由操作人員來試運行操作，以確認設備是否已正常運轉，同時還應向有關人員說明應注意的問題。只有這樣，才能徹底排除故障，提高安全管理的質量，解決實際中所面臨的問題。