淺析水電廠電氣一次設備狀態檢修問題

貴州烏江水電開發有限責任公司構皮灘發電廠 閔萬雄

1 電氣一次設備檢修重要性及檢修前工作準備

1.1 水電廠原理及電氣一次設備的作用

水電廠就是通過設計機組與水位的高低提高水的重力勢能，并將水的重力勢能帶動水沖水輪機的水輪開始轉動、轉變成動能，將發電機連接到水輪機則發電機將動能轉變為電能的一個過程。如將水位提高來沖水輪機，可發現水輪機轉速增加。因此可知水位差愈大則水輪機所得動能愈大，可轉換之電能愈高，此是機械能轉化為電能的過程。

電力系統是由發電、輸電、變電、配電和用電等設施組成的不可分割的整體，系統內生產、流通、消耗的各個環節是同時進行、同時完成的一個動態平衡體系，電氣設備則是在電力系統中擔負電能生產運行的媒體和工具，只有通過電氣設備才能充分利用電能參與各種生產[1]。電氣設備分為一次設備和二次設備，直接參與生產和輸配電能的相關設備稱為一次設備，如發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、電力電纜等，對一次設備進行監視、測量、控制和保護的各類輔助設備稱為二次設備，如各種繼電器、保護裝置、信號裝置、測量裝置和錄波裝置等。

1.2 電氣一次設備檢修的重要性

通過各大型水電廠的調查顯示，大部分電氣一次設備主要是由將一種等級電壓和電流的交流電能轉換成為另一種等級電壓和電流的交流電能的電力變壓器、起控制和保護設備的高壓斷路器、將運行中高壓電氣設備的高電壓和大電流感應為低電壓、小電流的互感器、通過機械動力接通或切斷電氣回路的斷路器、以及補償無功功率、提高功率因數、降低損耗、改善電壓質量的電力電容器，連接發電機、變壓器等各種電氣設備的母線、用于保護設備電壓過高將過電壓引入大地的避雷器等電氣設備組成。研究表明系統的電流比較大和所輸入或輸出的是高電壓，所以對于電氣一次設備的安裝具有相對非常高的要求[2]。

一般電氣一次設備的運行安全主要與設備的型號、設備精確度等質量和設備安裝的技術等方面有關，所以水電廠電氣設備接地線的安裝和設計、相關設備固定架的焊接、電氣設備接線的正確性和牢固程度、設備固定螺栓的緊固力矩等均是會給供電質量產生影響的因素。其在日常使用中很少會出現一些大故障、一般都是一些小問題。因此要求在出現問題后就要很快地解決，并確保小問題不會引起很重大的事故發生。在檢修各類電氣一次設備時，為確保電氣一次設備運轉的安全性，應依靠完善的檢修控制體系監控運行的電氣一次設備。

1.3 檢修前工作準備

工作人員設備檢修前必須熟悉圖紙，了解設備結構性能、主要技術要求及其作用，了解設備的使用情況和存在的問題。根據檢修規定的標準制定檢修工作方案。內容有檢修項目、技術措施、施工方案、安全事項、施工進度及質量標準等。檢修開工之前，應做到常用器具和各類專用工具齊全，檢修需用的主要材料和備品配件已全部落實，并做好安全措施，做好檢修相關記錄和匯總。

2 電氣一次設備狀態檢修的主要內容

電氣一次設備重要組成部分就是檢修工作的核心內容，主要就是圍繞發電機、電力變壓器、GIS、斷路器、隔離開關、接地刀閘、互感器、避雷器、母線以及電力電纜開展工作。由于設備在使用年限過長后會出現一些機械磨損、材料老化、滲漏等原因引起過負荷發生的問題，一旦出現這種情況，會使得整個電力系統不健康運行，因此必須重視和加強一次設備的狀態檢修工作。

水電廠電氣設備的狀態分為運行、熱備用、冷備用、檢修四種狀態。其中，運行狀態是指電氣設備的隔離開關及斷路器都在合閘狀態且帶有電壓；熱備用狀態是指電氣設備具備送電條件和起動條件，斷路器一經合閘就轉變為運行狀態[3]，電氣設備處于熱備用狀態下隨時有來電的可能性，應視為帶電設備，聯動備用；冷備用狀態是指電氣設備除斷路器在斷開位置，隔離開關也在分閘位置，此狀態下，未履行工作許可手續及未布置安全措施不允許進行電氣檢修工作，但可進行機械作業；檢修狀態是指電氣設備的所有斷路器均斷開、隔離開關均拉開、接地刀閘均合上，電氣值班員按照《電力安全工作規程》中工作票要求填寫辦理工作許可手續。

電氣一次設備常見故障（故障原因）及解決策略如下：過電壓問題（受到雷擊、諧振、操作與故障等多種因素的影響）。可使用避雷線或者避雷針來避免或裝置智能斷電裝置；過熱問題（變壓器的電壓很高，功率又很大）。可運行溫度的監視和測量工作；智能斷路器故障（由于儲能回路開關跳閘或其他故障造成）。可依據檢修工作規范進行維修；電子式互感器故障（電子式互感器本體故障和二次電壓消失）。應判斷互感器本體是否存在過熱或外絕緣破損等緊急情況，制定檢修方案；一次主設備的防潮和養護工作（天氣和使用壽命原因）。可及時更換。

變壓器的檢修。變壓器是水電廠檢修流程中的重點工作，是控制電力設備輸送工程的中間樞紐裝置。變壓器的檢修也必須根據國家、行業相關規程執行，并根據實際要求調整和制定檢修方案。變壓器的檢修周期應在十年以上，根據設備運行工況和缺陷狀況分吊罩大修、內檢、一般檢查等。按照水電廠一般情況是每年隨發電機檢修開展相關檢查及衛生清掃工作，主要對變壓器本體、中性點CT、穿墻套管等設備清掃和檢查；對變壓器油枕、中性點套管檢查油位是否正常；對各進排油閥、外循環管路滲漏情況檢查處理；對外循環水路檢查內部是否存在結垢、汽蝕現象；對呼吸器干燥劑檢查及更換；對主變冷卻器油泵電機絕緣檢查；以及各部位連接螺栓緊固等。同時也要按照規程對變壓器開展周期預防性試驗工作與定期工作，及時分析、對比試驗數據是否存在異常，避免設備在運行過程中出現故障。

開關檢修。一般結合發電機大修五年全面檢查一次，結合發電機小修一年檢查一次。檢修中主要對外露金屬部件檢查、螺栓檢查、SF6氣體密度繼電器功能檢查、瓷套清潔、接線板檢查、接地檢查、斷口均壓電容、合閘電阻檢查、機構檢查、分合閘掣子檢查、分合閘電磁鐵檢查、緩沖器檢查、預充壓力檢查、液壓油過濾、儲能電機檢查、輔助開關檢查、二次端子檢查、加熱器檢查等。檢查各部位是否有機構故障、位移變形、間距過大、壓力不足、螺栓松動、缺失潤滑等異常現象，需及時修復及更換，保障系統的運作。要按照規程對開關設備開展預防性試驗工作，及時分析對比試驗數據是否存在異常；定期記錄開關動作次數、油泵打壓次數，檢查是否存在頻繁打壓現象，避免設備在運行過程中出現故障。

電壓、電流互感器檢修。電壓互感器和電流互感器都是電力系統中的測量、保護用設備，所以在檢修時較為簡單。雖簡單也要認真對待，現實中因互感器造成巨大損失的案例不在少數。周期為三年一次，順其連接的一次、二次回路進行排查，檢查是否存在連接松動、線路老化或被腐蝕現象，測量二次回路的絕緣電阻與直流電阻，以及與上次測量值相比較是否存在明顯異常變化等。同時也要對電壓互感器和電流互感器外觀進行檢查，是否存在環氧破裂、端子損傷、滲漏油等異常情況。因很多互感器均為環氧澆筑，發現不能修復的異常時需進行整體更換，避免造成非計劃停運。

做好防止電氣設備過熱的點檢工作。由于水電廠要為社會持續輸送電能，因此要求電氣設備必須做到長時間工作，工作中因為環境、長時間運行會帶來設備運行溫度上升問題，盡管是天氣較為寒冷的季節，過熱問題也會導致極大的安全隱患。工作人員在運行時需使用紅外熱成像儀測量設備運行溫度，發現溫度異常時及時對設備停電檢修及更換。水電廠需制定合理安排設備的輪換工作,有效保障每臺設備的使用壽命，提高整個生產流程的安全性和效益性。

3 電氣一次設備檢修問題分析及改進措施

電力系統的安全性和可靠性是我國水電廠對電氣一次設備檢修的主要工作之一。電氣一次設備檢修一般使用計劃檢修模式，但會存在幾點不足：電氣一次設備發生故障的原因很多是因長期積累、不斷加深而造成的，設備在工作中已出現一些小故障時該模式沒有能夠及時發現和處理，進而造成設備的維護檢修失效性處于較低水平；由于該模式所需的環境與一次設備的工作環境存在差異，可能造成無法有效檢測到實際工作狀態；按照計劃檢修具有盲目性，在對設備試驗和檢測會忽略了設備自身“健康”狀態，這樣直接造成一些原本正常的設備因過度維修和開展破壞性試驗而遭到損壞，還會消耗巨大的人力、物力，不利于發電的效益。

綜上所述，當前所普遍采用的計劃檢修模式難以滿足電氣一次設備的檢修維護需求，甚至還可能給設備的正常使用造成一定的安全隱患，有必要采用更加科學合理的檢修工作模式。

重視檢修工作。學會科學管理設備檢修工作人員，定期培訓，提高對電氣一次設備檢修的重要性的意識。針對檢修工作人員關于設備的性能、檢修處理方法以及檢修過程中可能會遇到的問題進行全面的培訓，使他們系統科學地學會如何更有效地開展檢修工作。建立完善的評估制度，針對檢修工作人員進行規范管理，要對因檢修人員自身疏忽而造成的事故責任進行追究，通過嚴厲追究檢修事故責任人的方式來促使每一位檢修工作人員都能嚴格按照流程開展檢修作業，杜絕應付了事或不按要求隨意進行檢修的現象發生。

建立電氣一次設備狀態管理數據庫。可以有效方便的存儲或獲取大量的狀態信息，為檢修工作提供有價值的參考。數據庫需包含設備出廠的相關數據、檢修的次數，每次檢修的記錄、每次預防性試驗的試驗報告、正常運行的數據記錄、缺陷記錄等。建立健全狀態數據庫的同時也要加強各項檔案的健全和完善流程，更方便收集、整理和保存數據；遵守電氣設備檢修的基本原則。遵守先機械后電氣、先清潔后維修、先直流后交流、由表及里、先故障后調試、先靜態后動態、有外及內的基本原則，循序漸進，這樣可促使電氣設備的檢修工作量有序進行，并有利于電氣設備的安全運作。

綜上，水電廠的電氣一次設備檢查和檢修管理是一個長期的過程，且需要電廠各部門相互配合。運用監督和管理體系來保證設備的正常運行，關注對技術人才的培養，加強電廠日常技術培訓和考試，從而建立起專業技術隊伍，并通過高效的管理與專業技術人員的檢查和維護確保企業電氣設備的正常運行，增加企業的經濟效益和市場競爭力，為電廠企業的長期發展打下堅實的基礎。