泵站电气设备的运行状态诊断技术探讨

李翔宇

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230022)

泵站是解决区域性的防洪、排涝、灌溉、调水、供水等水资源问题的重要工程，泵站的主要电气设备包括主机组、变压器、高低压开关柜、断路器、电力电缆、接地装置、保护装置、计算机监控系统等，电气设备的安全运行是保障泵站发挥效益的先决条件，泵站电气设备的预防性试验(以下简称预试)常作为泵站电气设备运行状态诊断和维护的基本程序。

预试是针对已经投运的上述设备按照设定的试验条件、试验周期及试验项目开展定期检查或试验，以发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏。国内水利泵站多为灌溉、防汛排涝型，具有明显的季节性，为预试按周期进行创造了条件，但近年来南水北调、引江济淮等跨流域调水项目的建成实施，对泵站电气设备的运行时间及可靠性要求越来越高，因电气设备故障导致的供水中断将带来重大的经济损失与社会影响。另一方面，随着泵站机组趋于大型化、复杂化以及高度自动化，对电气设备电压等级、容量以及技术参数要求越来越高，给基于预试的泵站电气设备状态诊断带来了较大挑战。针对泵站预试的不足，现阶段发展较快的状态监测技术给泵站电气设备的运行状态诊断提供了新的解决途径。

1 泵站电气设备的预试

1.1 预试的分类

泵站的预试一般分为绝缘试验和特性试验，而绝缘试验又由非破坏性试验和破坏试验组成。

非破坏试验主要是利用对设备无损坏性的方法进行判断，如绝缘电阻、吸收比、极化指数、介质损耗因数测量等，该方法能有效发现设备的整体缺陷。破坏性试验，如直流耐压试验、交流耐压试验等，试验电压高于运行电压，对设备中集中性缺陷较为敏感，且能保证绝缘等级具有一定的裕度。绝缘试验通常可参照国家、行业的标准、规范或设计指标进行考核，确定设备是否合格。

特性试验是对电气设备的电气或机械性能进行的测试，例如，断路器的分合闸时间及同期性、电机的空载特性、绕组的直流电阻测量、变压器的变比测量、互感器的励磁特性、微机(继电)保护值及仪表示值的校验等。特性试验结果通常与设备的技术参数、设计整定值、出厂及历年试验数据进行纵向对比来综合分析设备的缺陷或劣化程度。

1.2 预试的作用

以安徽省为例，省里出台了地方标准《泵站电气设备预防性试验规程》(DB34/T 2292—2015)，该规程的可操作性强，使得泵站预试的项目、内容、数量和周期有了明确的依据，为安徽省内泵站的安全运行及安全鉴定工作发挥了重要作用，其作用主要表现在以下几个方面。

首先，对泵站进行周期性预试，能有效地诊断出电气设备的安全隐患，避免盲目投运而造成事故发生，如安徽省驷马山泵站、凤凰颈泵站通过预试均发现过电缆故障，经过处理后得以安全运行；其次，通过预试，可以掌握设备的历年状态及劣化规律，对设备进行动态分类及动态管理，安徽省内大中型泵站已作了较多探讨，如将所有性能指标都合格的设备归为完好设备，将设备的重要性能指标合格而次要性能指标中有不合格项的归为需检修设备，设备的主要性能指标都达不到标准的则归为报废设备；再者，预试是泵站检修、更新改造的决策依据，如安徽省沿江沿淮200多座泵站更新改造时，电气设备通过预试给出了更新、大修、留用等建议，既保障了泵站的安全运行，又节约了投资。

1.3 预试存在的问题

从试验方法上讲，预试需要停电、周期性进行，而泵站电气设备看似突发性的故障，多是设备内部状态劣化从量变到质变的结果，而预试并不能发现其即时的变化过程；另外离线预试与设备实际运行的环境、状态差异较大，造成预试结果与设备的实际状态存在偏差，如尚在服役期的老泵站，预试后可能使运行年限较长的设备提前结束使命；再者，由于当今泵站电气设备制造水平的提高和运管维护水平的提升，传统预试所能发现的缺陷越来越少。

从试验评判标准上讲，首先，泵站预防性试验主要依据《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)(以下简称预试规程)实施，该规程自1997年颁布实施后未作修订，安徽省地方标准《泵站电气设备预防性试验规程》(DB34/T 2292—2015)也是基于预试规程修订的，其针对性更强，减少了关于发电站、变电所相关的试验项目，并结合泵站防汛和抗旱运行情况不同、运行期短、使用年份长的特点，明确了不同设备不同项目的试验周期，并对于破坏性试验项目周期改为必要时进行，增加了二次回路、微机保护装置、自动化系统及计算机监控系统的预试项目及方法，使得泵站预试更加全面，其适用范围为泵站35kV及以下的电气设备，而安徽省内在建的派河口泵站及蜀山泵站的主变、GIS等变配电设备已达到110kV，显然该地标对于大容量调水泵站已具有一定局限性；其次，随着电气科技以及试验技术飞速发展，预试规程与《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》(GB 50150—2016)(以下简称交试标准)存在一些不统一之处。如：在变压器的绝缘电阻、吸收比方面，预试规程规定“吸收比不低于1.3”，而交试规程规定“当R60s大于3000MΩ时，吸收比可不作考核”，实践中经常遇到变压器吸收比出厂试验、交接试验合格，预试时不合格，但长期稳定运行的尴尬情况，原因是变压器干燥以及真空注油装配技术普及，绝缘水平已较高；又如：对于橡塑绝缘电力电缆的主绝缘耐压试验，预试规程只要求做直流耐压试验，而交试标准则明确规定使用交流耐压，这是因为橡塑电缆在直流电压下的电场分布与实际运行状况不符，且运行经验也证明，一些交接试验中直流耐压顺利通过的电缆投运不久就发生绝缘击穿事故，正常运行的电缆被直流耐压试验损坏的情况也时有发生。

从试验周期上讲，预试规程中对电气设备的试验周期规定分为：“1～3年、不做规定或自行规定、小修时、大修时、必要时”几种，存在较大模糊及盲目性，当前国内泵站预防性试验多采用一年一试，对状态较好的设备到期必试势必增加维护管理成本，而且频繁的拆卸及超额定电压试验，会影响其寿命及可靠性，同时对于状态差的设备，试验间隔期存在因漏试而带病运行甚至发生事故的风险。

2 泵站电气设备的状态监测

2.1 状态监测的发展现状

近年来，随着测试技术、信号分析及处理技术、计算机技术等学科的发展，电气设备的状态监测(包括带电检测和在线监测)技术成为了研究热点，该技术通过分析设备的当前状态及未来趋势，在故障发生之前作出有效的检修计划及决策。现阶段相对成熟的电气设备状态监测技术有：变压器、断路器设备局部放电，油色谱分析，红外测温，避雷器泄漏电流监测，电容性设备电容量及介损带电测试等，详见表1。

表1 在线监测及带电检测项目

2.2 状态监测在泵站中的应用

泵站检修逐渐从事故维修与预防性维修向状态检修过渡，泵站的状态监测技术应用与推广是大势所趋。当前，大中型泵站的状态监测仅针对主机组的运行摆度、振动、压力脉动、温升等项目，泵站主变压器、主电机、高压柜等电气设备虽多配置微机保护装置，其功能是切除电气故障，控制故障影响范围，但并不能对电气设备的绝缘劣化等隐患的趋势进行分析和诊断。而在役的老泵站多因建设年代较远、使用频率低，电气设备存在运行环境差、技术落后、管理水平低等问题，电气设备的运行状态诊断多依靠人工巡查和人员的经验，周期性预试和状态监测均无法实现；另外，设备种类繁杂、状态监测抗干扰性差、结果评判尚不成熟以及经济性等也是泵站电气设备的监测应用较少的原因。

值得关注的是，在建的引江济淮蜀山泵站及派河口泵站已开展电气设备的在线监测，项目有主变压器进行局部放电及油色谱在线监测、GIS局部放电、SF6微水密度及气体泄漏在线监测、高压柜温度及断路器的动作特性在线监测、主电机局部放电监测等；已投运的南水北调宝应等泵站的主电机局部放电在线监测实施以来，为主电机绝缘状态评估和诊断提供了科学客观的技术依据。

状态监测技术在泵站电气设备的应用已有较为成功的案例，初步实现了智能诊断功能，但存在状态诊断系统尚不成熟、输出的结果并不能准确定位等问题，仍需要借助技术人员或专家的分析判断。相信随着泵站电气监测的案例增加、故障特征数据库的完善，电气设备状态监测在泵站中将大有可为。

2.3 泵站电气设备状态监测的展望

目前，泵站电气设备的状态监测以单台设备的绝缘状态量为主，并逐步走向整体的机械量、化学量等多信息状态的系统监测。此外，泵站管理模式已经向着无人(少人)化、跨区域、多站点的泵站群集中监测和维护方向发展，依托大数据、互联网技术、人工智能算法的电气设备远程状态在线诊断系统的开发和应用将是近阶段的研究热点。

3 结 语

预试是保障在役泵站安全运行不可或缺的基础性工作，对发现、诊断设备状态具有重大意义。而积极开展泵站状态监测的新技术、新方法的研究、应用，是泵站从周期性检修到状态检修发展的必然方向，基于状态监测的电气设备运行状态诊断技术将进一步推进泵站的自动化程度，提高泵站运行的经济性、可靠性。