水力發電廠電氣設備維護與安全運行策略分析

李梓琿，閉真珍

（廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 南寧 530000）

相較其他生產類建筑工程，水力發電廠需要保障生產的穩定性，避免影響地區電網系統。電氣設備是水力發電廠體系的重要組成部分，需要保證電氣設備的正常運行，間接性控制水力發電廠的穩定運營。因此，本人在查閱大量相關資料后，決定從維護、安全運行2個角度，對水力發電廠的電氣設備進行研究，以便提供給更多水力發電廠技術參考。

1 水力發電廠電氣設備概述

對于水力發電廠的電氣設備，可以從功能層面，將其劃分為一次設備與二次設備兩種類型：（1）一次設備。主要功能為電力資源生產、分配等，發電機、變壓器等都可以歸納到一次設備中。可以將其細分為以下幾類。第一類，用于生產、轉換電力資源的電氣設備。發電機通過機械運動，將機械能轉化為電能，而電動機則是將電能轉化為機械能。根據電網輸配電需求，變壓器負責調整電力資源的電壓數值。第二類，用于接通、斷開電路的電氣電器。斷路器、熔斷器可以歸納到這類電氣設備中，在正常工作狀態下，負責接通電路。在出現安全生產事故時，則負責斷開電路，避免影響水力發電廠其他電氣設備正常運行。第三類，用于限制故障電流或防御過電壓的電氣設備。前者典型代表為電抗器，后者典型代表為避雷器，勵磁裝置可以歸納到其中。第四類，接地裝置，確保電氣設備與生產人員的安全，無論工作接地還是保護接地，都會和深埋于地下的接地裝置進行連接。第五類，載流導體，裸導體、電纜可以歸納到這類電氣設備中，根據水力發電廠生產需求，將電氣設備進行可靠連接。（2）二次設備。主要功能為測量、控制、保護以上提及的各種一次設備，可以細分為以下幾類；第一類，儀用互感器，例如，電壓互感器或電流互感器，其負責控制電路的電壓、電流，以此實現保護儀表設備與保護裝置。第二類，測量表計，例如，電壓表、電流表等，其負責測量電路中的電壓、電流等各種數據。第三類，繼電保護及自動裝置。如果遇到安全生產事故，或是非正常生產情況的生產故障，可以立刻對故障位置進行調節。比如，通過繼電保護，控制斷路器跳閘，在最短時間內切除該位置的生產故障。第四類，直流電源設備，例如，直流發電機組、蓄電池等。如果在發生安全生產事故后，可以通過直流電源設備，在一段時間內供給應急設備電力資源，協助處理安全生產事故。

2 水力發電廠電氣設備維護策略

2.1 常見故障類型

對于水力發電廠電氣設備故障，可以細分為勵磁裝置故障、變壓器故障兩類，現對這兩種故障進行分析：第一類，勵磁裝置故障。在同步發電機勵磁系統中，可以對勵磁電流做有效控制與調節的電氣設備，即為勵磁裝置。在水力發電廠生產區域中，勵磁裝置是重要的電氣設備。在同步發電機的勵磁電壓數據超過正常生產數據時，勵磁繞組直流電阻會保持下降狀態，同步降低勵磁裝置的安全系數。之所以勵磁裝置出現電壓數據異常波動的生產故障，其原因是勵磁裝置在運行期間會產生一定損耗。尤其是在水力發電廠生產電力資源過程中，勵磁裝置的電刷彈簧會從原本的緊致狀態，逐漸變成松動狀態，導致電刷與接觸滑環的間距增加。如果勵磁裝置故障程度過大，會讓過大的電流加在接觸滑環上，發生裝置燒毀現象，難以保障水力發電廠電力資源生產過程中的安全性。第二類，變壓器故障。變壓器是通過電磁感應原理，對交流電壓數值進行調整的電氣設備。如果在水力發電廠生產過程中，變壓器內部結構出現接觸不良現象，或是內部結構的絕緣性能下降，會導致變壓器運行負荷超過正常標準，產生巨大的噪音問題。如果變壓器單相接地的，且工作環境濕度數據較大，會生成諧振電壓，進而產生較嚴重的變壓器故障問題，會對水力發電廠正常生產作業產生更嚴重的衍生問題。

2.2 檢修技術的應用

水力發電廠電氣設備在實際應用中，可能會遇到大量的安全故障，為實現水力發電廠電氣設備高質量維護目標，在本章節中將對幾種常用電氣設備安全故障檢修技術進行分析。

（1）檢測法。在發生電氣設備的安全故障時，維護人員需要借助儀表設備，對問題電路進行檢測，并記錄問題電路的電壓、電阻等數據，將其和正常電路運行數據作對比，分析電氣設備內部線路是否正常，勵磁裝置故障與變壓器故障都可以使用這種方法進行有效檢測，再配合相應的維護技術，處理電氣設備安全故障即可。為合理提升電氣設備線安全故障檢測效果，降低檢測的時間成本，可以結合數據監控系統，對水力發電廠所有電氣設備運行數據做跟蹤式檢測，如果出現運行數據和正常運行數據不匹配的情況，可以通過告警系統通知維護人員檢查問題電路或疑似出現問題的電氣設備。通過這種方式，可以有效打破傳統電力設備安裝故障檢修的“事后作業”，將檢修工作移動到“事前預防”，既能有效排查電氣設備潛在的安全故障隱患，通過合理維護方式做有效處理，在不影響水力發電廠正常生產計劃的基礎上，有效處理各種電氣設備的安全故障問題，保障電力資源的持續、穩定輸出。

（2）經驗法。作為電氣設備安全故障維護的常規方法之一，經驗法需要擁有豐富一線工作經驗的維護人員參與電氣設備安全故障維護作業中，以積累的工作經驗匹配當前電氣設備情況，分析是否存在安全故障。維護人員在應用經驗法時，可以通過按壓活動部件，讓活動部件接觸面可以獲得足夠的摩擦力，以此消除電氣設備接觸點接觸不良情況。也可以應用敲擊法，利用橡皮錘對問題電氣設備做敲擊處理，根據電氣設備的工作情況，分析內部線路是否存在接觸不良情況。除此之外，維護人員也可以使用黑暗觀察法，即在光線較弱的情況下，對電氣設備工作情況做仔細觀察，如果出現電火花情況，可以認為該電氣設備存在安全故障。又因為經驗法對維護人員的專業素質、工作經驗具有較高要求，現階段可以將經驗法和數據監控系統進行結合，利用監控設備代替人眼觀察，提升電氣設備檢測效果。

（3）PLC系統監測法。PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）是一種專門提供給工業生產環境下的數字運算操作電子系統，在水力發電廠工作場景下，主要負責傳遞各種電氣設備運行信號，可以作為電氣設備維護的工具使用。PLC系統可以有效控制電氣設備的運行情況，在實際應用中，需要對PLC系統做必要的抗干擾處理，例如，在PLC系統中設置金屬板進行金屬隔離，確保PLC系統在電氣設備運行的強電磁環境下，依舊擁有良好的運行狀態，完成電氣設備運行信號的捕獲與分析任務，開展更可靠的維護作業。

3 水力發電廠電氣設備安全運行策略

為保障水力發電廠電氣設備的安全運行，需要從優化診斷方案、優化維護計劃、升級維護制度等方面，在策略方面對水力發電廠電氣設備做有效控制。

3.1 優化電氣設備安全故障診斷方案

對于水力發電廠電氣設備故障類型，可以簡單劃分為兩類，一種為趨勢性惡化故障，另一種為偶發性惡化故障。要想有效處理這兩類故障，就需要對當前電氣設備安全故障診斷方案做優化處理。對于趨勢性惡化故障，是在電氣設備持續工作下，內部電氣元件出現老化現象，導致電氣設備原本的穩定性受到直接影響，原本的工作環境會對電氣元件造成不同程度的影響，造成電氣設備無法正常使用的一種安全故障。對于電氣設備的趨勢性惡化故障，維護人員需要在維護、檢測過程中，對電氣設備各項工作指標做詳細分析，判斷電氣設備外觀是否出現變形情況，合理提升電氣設備的檢測頻率。同時，維護人員需要根據不同電氣設備使用時間，結合其在整個水力發電廠系統中重要性，設計具有良好針對性的電氣設備安全故障診斷方案，根據診斷結果，開展相應的維護作業，保障電氣設備的安全、可靠運行；對于偶發性惡化故障，其具有較強的隨機性，無法采用和偶發性惡化故障相同的故障診斷方案。而且，在電氣設備發生偶發性惡化故障時，會對水力發電廠當前電力資源生產計劃造成直接影響。建議維護人員對水力發電廠使用的電氣設備做有效統計，根據其類型、工作狀態等差異，結合2.2章節提及的數據監控系統，對于電氣設備做7天×24小時的全天候監控，結合相應的識別算法與運行程序，對電氣設備的電子器件工作參數做更詳細的分析，將當前工作參數與正常工作參數作對比，根據過去記錄的水力發電廠偶發性惡化故障數據，分析電氣設備當前是否可以維持良好的工作狀態。如果可以維持正常工作狀態，則在后續作業中進行持續性監控；如果不可以維持正常工作狀態，則要迅速找出可能存在的偶發性惡化故障，并根據電氣設備類型、工作情況，設計更完善的故障處理方案，保障電氣設備的長期穩定運行。

3.2 對現有電氣設備維護計劃作優化處理

大多數水力發電廠電氣設備擁有相對完善的維護計劃，但是，在水力發電廠持續運行中，電氣設備運行質量會持續下降。要想有效地提升電氣設備維護計劃綜合質量，就需要對現有的維護計劃做優化處理，落實細節工作，保障電氣設備的高效運行。維護人員可以對水力發電廠的電氣設備做有效統計，明確電氣設備運行需求，設計更完善的電氣設備檢修計劃，并根據電氣設備實際運行狀態、工作頻率，設置更合適的檢修周期，設計更完善的電氣設備維護體系，在隱患階段有效處理電氣設備可能出現的安全故障。同時，也需要做好維護人員專業素質相關工作，可以邀請行業專家或從事一線生產的維護人員，到達現場進行技術講座，及時解答維護人員在工作中的疑問，鼓勵維護人員分享工作經驗，將單個維護人員能力提升拓展到所有維護人員綜合能力方面，塑造專業水平高、綜合能力強的電氣設備維護團隊，快速完成水力發電廠電氣設備檢修維護任務。除此之外，在招聘電氣設備維護人員時，也可以略微提升招聘門檻，及時篩掉一些綜合素質偏低的維護人員，降低后續人才培養時間成本與資源投入量。建議根據市場薪資平均水平，略微提升招聘薪資待遇，合理吸納全社會面的高素質電氣設備維護人員，為水力發電廠的未來安全生產提供可靠保障。

3.3 對現有電氣設備維護制度做升級處理

水力發電廠以往應用的電氣設備維護制度，可能存在許多細節方面的不足，難以有效保障電氣設備高效運行。建議維護人員針對電氣設備維護制度做細致分析，去除一些冗余環節，增加電氣設備維護新內容，實現電氣設備維護制度的順利升級。可以將水力發電廠的生產區域劃分為若干個模塊，將模塊中的電氣設備維護任務合理劃分給不同維護人員，完成維護任務與維護人員的綁定處理。如果電氣設備出現安全生產相關問題，可以及時聯絡相關維護人員，處理該問題。

在日常維護作業中，也可以有效降低維護人員維護工作量，保障電氣設備的正常運行。在電氣設備維護制度中，還要讓維護人員準確記錄每次開展維護、檢修作業時，電氣設備的運行參數，并在數據監控系統基礎上，設計電氣設備數據存儲資料庫，根據不同維護、檢修作業電氣設備數據變化情況，研究可能出現的安全故障，真正實現防患于未然。

4 結語

水力發電廠電氣設備維護與安全運行涉及多項內容，在實際應用中可以詳細了解水電發電廠當前電氣設備運行情況，分析現階段的維護與運行難點與重點，合理吸納本文理論內容，設計一套內容完善、結構完整地維護與安全運行方案，做好細節優化工作，從各個方面落實水力發電廠電氣設備維護與安全運行相關的工作，實現地區電力資源的穩定供應。