基于水利泵站的電氣設備故障排查技術研究

內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司 孫 宏

以前，大多數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定地運行有一定的影響。電氣設備的故障調查需要使用專業的知識和正確的故障調查方法，以加快故障調查工作進程，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，以期快速有效地發現電氣設備存在的故障，延長機組壽命，確保機組穩定運行[1]。

1 電氣設備常見故障

電氣設備通常出現問題的都在電動機部分，電機繞組在長期的摩擦、擠壓下，會出現斷線現象，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。電氣設備配電箱也是在工作過程中需要用到的最重要部分之一，若其發生故障，將對水利泵站的運行產生非常不好的影響，還會出現不可預測的結果，水利泵站的運行受到電氣設備內部運行的情況的直接影響。針對水利泵站電氣設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備的自動故障檢測方法。

2 電器設備故障的宏觀分析

2.1 將每個單元分開檢測

當電路發生故障時，由于其內部有很多回路，而且水利泵站的電氣設備中包含了很多的零部件，因此故障排除過程相對復雜。在查找電氣設備問題時，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，根據故障的特點確定哪部分單元經常出現問題，這樣可以減小排查的范圍。盡管電路具有復雜性，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進行劃分，用保護措施替換各系統中的相應元件，然后觀察替換后的系統是否正常工作，確定電路的故障位置。如果更換元件后系統再次運行，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。如果發現故障元件在另一臺設備的同一位置被替換，該位置不再起作用，則系統中會出現相同類型的故障，從而確定該位置的元件是引起故障的原因。當只有一臺設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

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

2.4 應用相應的新型水利技術

在社會快速發展的今天，水利工程管理技術也必須不斷創新，改造以前的模式，將高科技應用其中；使用FTA 技術、GIS 技術等先進技術，能充分整合計算機技術和工程技術，實現更準確、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，及早發現問題，采取科學策略。

2.5 三菱PLC 控制器

可將三菱PLC 控制器應用于自動控制系統中，以泵站控制系統為例，其由工控機和PLC 組成的二級控制系統，在運行過程中獲取和處理數據，在發生故障時提供自動保護，并可進行統計和查詢，用于報告、項目管理和通信。該系統具有編程簡單、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，該系統結構更緊湊，耗電更少，也更容易維護[3]。

3 電器設備故障的測量分析

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。電壓降法主要應用于萬用表的電壓范圍或直接應用于電壓表。在選擇萬用表時，萬用表的內阻一定要大于2km。在電路中，發現設備中的元件和電壓表的數值都比較小或直接為0，那么就可以確定電源電路中，該設備有開路故障，或者在路徑中可能存在低電阻短路。無論發生什么情況，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顯非常低或者沒有任何顯示，則可以得出在此設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置成方法一，傳統故障排查檢測方法設置成方法二。實驗裝置為型有載調壓變壓器，額定電壓為110kV，繞組寬度約為620mm，線餅數量為67個，電磁線總長度約為310m[5]。

為確保測試結果的準確性，避免仿真試驗中有關部件的拆卸和組裝對測試結果的影響，本文將變壓器的內部部件分為五個部分，分別進行重復試驗，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果相同。因此，很明顯，這些測試結果沒有受到變壓器重新配置的影響。調試試驗用的變壓器，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，用水泵站內的電器需要與本文所提出的一般故障診斷方法相結合。

4.1 不同故障程度檢測

通過將一臺變壓器調整至繞組短路狀態，采用兩種方法對不同的短路計算結果進行對比，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變壓器短路故障的檢測結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現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備的故障診斷方法能夠對電氣設備的故障進行更加精確的定位。

5 電氣設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存數據和是否相符，不然會使防護線路癱瘓。

第三，水利泵站電氣設備的二次回路的工作進程結束之后，應該把相應的數據記錄下來，包括修改前和修改后的數據，以作為核查的證據。

第四，應使用高內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，其中一人負責監督。員工應清楚作業時間及作業方式，并按現有線路圖熟悉二次回路。

第七，如果需要關閉電源保護，應盡量縮短關閉時間，并與控制室商定，在雷雨或惡劣天氣下不應關閉保護。

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，假設一個防護線路里有多數的斷路器斷開，此時必須把其他設備的壓板拆掉，才能繼續試驗。

6 結語

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，檢測的本質都來自宏觀檢查和儀器測量分析，因此，當排查的工作人員發現電氣設備故障時，應該立即采取措施，運用專業技術，精準處理好故障，提高工作效率。這對電氣設備的運營管理要求較高，對專業知識具有較高的要求，尤其是對其進行故障診斷，既要熟悉設備的工作狀態、電氣工程的基本理論，又要有一定的實踐經驗。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與傳統的故障檢測系統進行了比較，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。