水利工程电气设备运行管理研究

2021-06-02

水利建设与管理 2021年5期

(1.江苏省水利科学研究院，江苏扬州 225002;2.张家港市长江防洪工程管理处，江苏张家港 215625)

1 引言

电气设备是水利工程的动力之源，保障着水利设施的正常运行。电气设备一旦发生故障，轻则工程设备无法运行，重则引发巨大的生命财产损失，后果不堪设想。做好水利工程电气设备运行管理工作，一方面有利于完善监督管理体制，推动水利工程向标准化管理方向发展；另一方面有利于实现安全生产目标，保障工程效益。本文对水利工程主要电气设备运行常见问题和管理方式进行了分析和研究。

2 电气设备常见的问题

水利工程(如泵站、水闸、水库等)主要电气设备包括电动机、变压器、电缆线路、隔离开关、高低压开关柜、断路器、接地装置等。电气设备由于长时间运行，且受环境影响会造成各种类型的故障和缺陷，下面介绍几种电气设备的常见问题。

2.1 电动机

电动机的主要故障有电动机定转子绝缘材料随着时间增长绝缘性能下降，造成电机的绝缘电阻偏低；电机的轴承长时间磨损，导致轴承出现明显振动或异响；水泵在运行过程中出现阻卡，引发电机超载，影响机组的正常运行。

2.2 变压器

油浸式变压器常见问题集中在变压器油，变压器油主要起着绝缘、散热、消弧的作用，因此对油温和油质有着严格的要求。油浸式变压器正常放置于室外，长时间运行后，密封件容易出现老化现象，造成变压器漏油，影响变压器的安全运行。此外，变压器呼吸器中吸潮剂失效的现象较为常见(吸潮剂主要功能为除去空气中的尘埃和潮湿，以减少变压器油的受潮和氧化)，吸潮剂失效后将会提高变压器油的含水量，降低变压器油的绝缘性能。

干式变压器常见问题主要集中在变压器温控装置，具体表现为温度传感器损坏后未及时更换，温度指示装置或风机损坏等问题导致变压器温度过高时无法启动风机降温，严重影响变压器运行的可靠性。干式变压器运行时常伴有嗡嗡响声，主要是由于铁芯中的铁芯片磁致伸缩产生，此外绕组的电磁力及变压器的相关附件共振也能产生响声，随着变压器的老化，响声将会加大。

2.3 开关柜

高低压开关柜主要起着通断、控制、保护的作用，主要由柜体、断路器、电器元件、操作机构等组成，运行中容易出现以下问题：ⓐ受设备制作工艺粗糙、使用过程中磨损等因素的影响，断路器触头或操作结构不能精确入位，无法进行分合闸；ⓑ断路器三相动静触头长时间使用后容易产生腐蚀，触头接触不良，导致触头温度升高；ⓒ开关柜内带电体空气绝缘间隙偏小，部分高压柜内带电体的相与相、相与地之间的间隙小于125mm，容易发生短路现象；ⓓ柜内母排连接处发生螺栓松动现象，将会增大接触电阻，造成接触点严重发热；ⓔ开关柜底部孔洞未进行有效封堵，若蛇、老鼠等小动物误入柜内活动，会造成短路或接地故障。

2.4 接地系统

2.5 其他因素

环境湿度过高将影响设备正常运行，轻则停电更换设备，重则引发重大电气事故。经验表明，高压电气设备较长时间在湿度超过80%以上的环境中运行，有可能导致固体绝缘物表面不断吸收潮气并形成水膜，而水中含有的离子在电场中沿绝缘物表面运动，并在电极附近形成聚积，使局部电场强度增加，发生放电，严重时会使绝缘物表面局部过热至碳化并伴有强烈的放电声和弧臭味。环境湿度过高将使柜体、开关触头、电缆等金属部件发生氧化、腐蚀等现象(见图1～图2)，降低设备的绝缘性能和触头连接的可靠性，留下严重的安全隐患。

图1 断路器受潮、触头腐蚀严重

图2 电缆受潮，绝缘降低

环境温度过高或者空气流动性差，设备的热量不能及时散开，将会因过热而跳闸，甚至被烧坏。电子仪表、电容器、熔断器、电池等设备在高温或者低温环境下运行不仅会严重影响产品的使用寿命，还会影响保护器性能的稳定性和动作的可靠性。另外温度升高，金属材料软化，机械强度将会降低，如铜制金属材料工作温度不宜超过200℃，铝制金属材料工作温度不宜超过90℃。温度过低有机绝缘材料将会变脆，绝缘性能下降，严重时甚至会被击穿。

3 电气设备管理

3.1 开展电气预防性试验

电气设备预防性试验是指为了发现运行中电气设备的隐患而对设备进行的检查和试验，主要目的在于检测运行中的设备有无缺陷。相比出厂试验和交接验收试验，它主要侧重于绝缘性能试验，是排除电气设备安全隐患、保障设备正常运行的重要环节。

电气设备绝缘问题的形成需要一个过程，工程建设初期设备较新，不容易出现问题，随着运行时间的增加，设备的绝缘性能逐渐下降。根据调研，大多数中小型水利工程的电气设备都未能按规定周期开展电气预防性试验，待设备发生故障影响工程正常运行时方进行检修。若电气故障发生在主汛期，将影响水利工程效益的发挥，严重时威胁到国家和人民生命财产的安全。《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—2005)中明确要求电力设备应定期进行预防性试验，故管理单位应定期委托有资质的单位开展电气设备预防性试验，试验时间宜在汛期之前。

3.2 加强设备日常管养

电气设备具有复杂性和多样性，所以水利工程中不同的电气设备应该具有不同管养方法，下文介绍了几种常规的管养方法。

3.2.1 电动机的管理与养护

a.定期检查电动机定子铁芯是否松动，电动机外壳或者定子绕组端部绝缘是否受损，若发现异常应请专业厂家进行维修。

b.观察轴承箱内润滑油油位或者油脂是否正常，若缺少润滑油应及时补充到位。

本项目直接效益只计算发电效益，价格不予修正。建设期效益损失、运行期效益增量及分摊计算，同“财务分析评价”。

c.在电动机运行过程中对其振动、三相电流的不平衡度、温度进行监测，一旦发现异常，立即断电，待故障排除后再开机运行。

3.2.2 变压器的管理和养护

a.监测变压器的温度，变压器温度过高时应及时采取降温措施。

b.监听变压器的声音，判断变压器是否在运行过程中有放电声音或者异常声响。

c.油浸式变压器应观察油位、油色是否正常，密封有无漏油；吸潮剂是否过期，若吸潮剂过期，应请专业人员进行更换。

3.2.3 开关柜的管理与养护

a.检查高低压开关柜的外观完整程度、仪表指示是否准确、内部接线是否出现松动或脱落。

b.检查控制开关和辅助触点是否接触良好，定期保养传动机构，对摩擦部分进行润滑，保持开关柜操作机构的灵活性。

c.观察柜内温控标签是否正常，判断母排连接处是否存在发热现象。

d.观察绝缘子是否有放电现象。

e.对于六氟化硫开关断路器应定期检测其气体压力及是否存在泄漏现象，若压力降低，应及时寻找泄漏点，补充六氟化硫气体。

f.应做好开关柜的清洁，清洁母排和绝缘子油污，清理柜内灰尘。

3.2.4 环境控制

配电房应配备空调、除湿机、温湿度表计等温湿度控制设施，正常情况下配电房温度应保持在5～35℃，空气湿度不高于70%，以保障电气设备可靠稳定运行。

3.3 智能化巡视管理

电气设备的巡视是指对设备进行周期性现场检查，及时把握设备的运行情况，第一时间发现设备缺陷，确保电力系统可靠运行。随着信息化的到来，水利工程自动化系统的应用已日渐广泛，但是管理人员对设备的巡视仍然依靠人工记录。传统的设备巡视需要手工记录设备状态信息后汇总，过程烦琐，容易出错。在这种管理模式下，巡视不到位、巡视质量参差不齐、巡视项目容易遗漏、纸质巡视报告不易保存及难以统计分析等问题时有发生[4]。针对这些问题，可将二维码技术应用到电气设备巡视中，实现巡检工作的电子化、信息化和智能化，提高巡视工作效率，保障工作的有效开展。

现场设备可通过二维码进行标识，二维码通过特定几何图形在二维平面上有规律分布形成黑白相间的图像来记录信息，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。随着终端平台的开放化、智能化，基于智能移动平台的APP(Application)应用已经成为信息化管理的重要手段。设备巡视APP程序可依据图3所示的电气设备巡视作业流程进行编制，系统根据配置好的巡视周期和路线，生成巡视任务下发到终端扫描设备。现场值班人员使用现场终端扫描设备进行巡视，应用现场终端扫描站里设置的各个电气设备的二维码标签，识别后标记确认巡视位置，并记录下设备巡视状况，所有设备二维码标签扫描记录完毕后可结束本次巡视[4]。

二维码识别的巡视技术具有通用性强、制作方便、成本低、不受电磁干扰的特点，真正实现了巡视便利化、管理规范化、手段信息化、技术标准化，将工程运维工作的智能化落到实处。