泵站電氣設備的運行狀態診斷技術探討

李翔宇

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022)

泵站是解決區域性的防洪、排澇、灌溉、調水、供水等水資源問題的重要工程，泵站的主要電氣設備包括主機組、變壓器、高低壓開關柜、斷路器、電力電纜、接地裝置、保護裝置、計算機監控系統等，電氣設備的安全運行是保障泵站發揮效益的先決條件，泵站電氣設備的預防性試驗(以下簡稱預試)常作為泵站電氣設備運行狀態診斷和維護的基本程序。

預試是針對已經投運的上述設備按照設定的試驗條件、試驗周期及試驗項目開展定期檢查或試驗，以發現運行中設備的隱患，預防發生事故或設備損壞。國內水利泵站多為灌溉、防汛排澇型，具有明顯的季節性，為預試按周期進行創造了條件，但近年來南水北調、引江濟淮等跨流域調水項目的建成實施，對泵站電氣設備的運行時間及可靠性要求越來越高，因電氣設備故障導致的供水中斷將帶來重大的經濟損失與社會影響。另一方面，隨著泵站機組趨于大型化、復雜化以及高度自動化，對電氣設備電壓等級、容量以及技術參數要求越來越高，給基于預試的泵站電氣設備狀態診斷帶來了較大挑戰。針對泵站預試的不足，現階段發展較快的狀態監測技術給泵站電氣設備的運行狀態診斷提供了新的解決途徑。

1 泵站電氣設備的預試

1.1 預試的分類

泵站的預試一般分為絕緣試驗和特性試驗，而絕緣試驗又由非破壞性試驗和破壞試驗組成。

非破壞試驗主要是利用對設備無損壞性的方法進行判斷，如絕緣電阻、吸收比、極化指數、介質損耗因數測量等，該方法能有效發現設備的整體缺陷。破壞性試驗，如直流耐壓試驗、交流耐壓試驗等，試驗電壓高于運行電壓，對設備中集中性缺陷較為敏感，且能保證絕緣等級具有一定的裕度。絕緣試驗通?？蓞⒄諊摇⑿袠I的標準、規范或設計指標進行考核，確定設備是否合格。

特性試驗是對電氣設備的電氣或機械性能進行的測試，例如，斷路器的分合閘時間及同期性、電機的空載特性、繞組的直流電阻測量、變壓器的變比測量、互感器的勵磁特性、微機(繼電)保護值及儀表示值的校驗等。特性試驗結果通常與設備的技術參數、設計整定值、出廠及歷年試驗數據進行縱向對比來綜合分析設備的缺陷或劣化程度。

1.2 預試的作用

以安徽省為例，省里出臺了地方標準《泵站電氣設備預防性試驗規程》(DB34/T 2292—2015)，該規程的可操作性強，使得泵站預試的項目、內容、數量和周期有了明確的依據，為安徽省內泵站的安全運行及安全鑒定工作發揮了重要作用，其作用主要表現在以下幾個方面。

首先，對泵站進行周期性預試，能有效地診斷出電氣設備的安全隱患，避免盲目投運而造成事故發生，如安徽省駟馬山泵站、鳳凰頸泵站通過預試均發現過電纜故障，經過處理后得以安全運行；其次，通過預試，可以掌握設備的歷年狀態及劣化規律，對設備進行動態分類及動態管理，安徽省內大中型泵站已作了較多探討，如將所有性能指標都合格的設備歸為完好設備，將設備的重要性能指標合格而次要性能指標中有不合格項的歸為需檢修設備，設備的主要性能指標都達不到標準的則歸為報廢設備；再者，預試是泵站檢修、更新改造的決策依據，如安徽省沿江沿淮200多座泵站更新改造時，電氣設備通過預試給出了更新、大修、留用等建議，既保障了泵站的安全運行，又節約了投資。

1.3 預試存在的問題

從試驗方法上講，預試需要停電、周期性進行，而泵站電氣設備看似突發性的故障，多是設備內部狀態劣化從量變到質變的結果，而預試并不能發現其即時的變化過程；另外離線預試與設備實際運行的環境、狀態差異較大，造成預試結果與設備的實際狀態存在偏差，如尚在服役期的老泵站，預試后可能使運行年限較長的設備提前結束使命；再者，由于當今泵站電氣設備制造水平的提高和運管維護水平的提升，傳統預試所能發現的缺陷越來越少。

從試驗評判標準上講，首先，泵站預防性試驗主要依據《電力設備預防性試驗規程》(DL/T 596—1996)(以下簡稱預試規程)實施，該規程自1997年頒布實施后未作修訂，安徽省地方標準《泵站電氣設備預防性試驗規程》(DB34/T 2292—2015)也是基于預試規程修訂的，其針對性更強，減少了關于發電站、變電所相關的試驗項目，并結合泵站防汛和抗旱運行情況不同、運行期短、使用年份長的特點，明確了不同設備不同項目的試驗周期，并對于破壞性試驗項目周期改為必要時進行，增加了二次回路、微機保護裝置、自動化系統及計算機監控系統的預試項目及方法，使得泵站預試更加全面，其適用范圍為泵站35kV及以下的電氣設備，而安徽省內在建的派河口泵站及蜀山泵站的主變、GIS等變配電設備已達到110kV，顯然該地標對于大容量調水泵站已具有一定局限性；其次，隨著電氣科技以及試驗技術飛速發展，預試規程與《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》(GB 50150—2016)(以下簡稱交試標準)存在一些不統一之處。如：在變壓器的絕緣電阻、吸收比方面，預試規程規定“吸收比不低于1.3”，而交試規程規定“當R60s大于3000MΩ時，吸收比可不作考核”，實踐中經常遇到變壓器吸收比出廠試驗、交接試驗合格，預試時不合格，但長期穩定運行的尷尬情況，原因是變壓器干燥以及真空注油裝配技術普及，絕緣水平已較高；又如：對于橡塑絕緣電力電纜的主絕緣耐壓試驗，預試規程只要求做直流耐壓試驗，而交試標準則明確規定使用交流耐壓，這是因為橡塑電纜在直流電壓下的電場分布與實際運行狀況不符，且運行經驗也證明，一些交接試驗中直流耐壓順利通過的電纜投運不久就發生絕緣擊穿事故，正常運行的電纜被直流耐壓試驗損壞的情況也時有發生。

從試驗周期上講，預試規程中對電氣設備的試驗周期規定分為：“1～3年、不做規定或自行規定、小修時、大修時、必要時”幾種，存在較大模糊及盲目性，當前國內泵站預防性試驗多采用一年一試，對狀態較好的設備到期必試勢必增加維護管理成本，而且頻繁的拆卸及超額定電壓試驗，會影響其壽命及可靠性，同時對于狀態差的設備，試驗間隔期存在因漏試而帶病運行甚至發生事故的風險。

2 泵站電氣設備的狀態監測

2.1 狀態監測的發展現狀

近年來，隨著測試技術、信號分析及處理技術、計算機技術等學科的發展，電氣設備的狀態監測(包括帶電檢測和在線監測)技術成為了研究熱點，該技術通過分析設備的當前狀態及未來趨勢，在故障發生之前作出有效的檢修計劃及決策?，F階段相對成熟的電氣設備狀態監測技術有：變壓器、斷路器設備局部放電，油色譜分析，紅外測溫，避雷器泄漏電流監測，電容性設備電容量及介損帶電測試等，詳見表1。

表1 在線監測及帶電檢測項目

2.2 狀態監測在泵站中的應用

泵站檢修逐漸從事故維修與預防性維修向狀態檢修過渡，泵站的狀態監測技術應用與推廣是大勢所趨。當前，大中型泵站的狀態監測僅針對主機組的運行擺度、振動、壓力脈動、溫升等項目，泵站主變壓器、主電機、高壓柜等電氣設備雖多配置微機保護裝置，其功能是切除電氣故障，控制故障影響范圍，但并不能對電氣設備的絕緣劣化等隱患的趨勢進行分析和診斷。而在役的老泵站多因建設年代較遠、使用頻率低，電氣設備存在運行環境差、技術落后、管理水平低等問題，電氣設備的運行狀態診斷多依靠人工巡查和人員的經驗，周期性預試和狀態監測均無法實現；另外，設備種類繁雜、狀態監測抗干擾性差、結果評判尚不成熟以及經濟性等也是泵站電氣設備的監測應用較少的原因。

值得關注的是，在建的引江濟淮蜀山泵站及派河口泵站已開展電氣設備的在線監測，項目有主變壓器進行局部放電及油色譜在線監測、GIS局部放電、SF6微水密度及氣體泄漏在線監測、高壓柜溫度及斷路器的動作特性在線監測、主電機局部放電監測等；已投運的南水北調寶應等泵站的主電機局部放電在線監測實施以來，為主電機絕緣狀態評估和診斷提供了科學客觀的技術依據。

狀態監測技術在泵站電氣設備的應用已有較為成功的案例，初步實現了智能診斷功能，但存在狀態診斷系統尚不成熟、輸出的結果并不能準確定位等問題，仍需要借助技術人員或專家的分析判斷。相信隨著泵站電氣監測的案例增加、故障特征數據庫的完善，電氣設備狀態監測在泵站中將大有可為。

2.3 泵站電氣設備狀態監測的展望

目前，泵站電氣設備的狀態監測以單臺設備的絕緣狀態量為主，并逐步走向整體的機械量、化學量等多信息狀態的系統監測。此外，泵站管理模式已經向著無人(少人)化、跨區域、多站點的泵站群集中監測和維護方向發展，依托大數據、互聯網技術、人工智能算法的電氣設備遠程狀態在線診斷系統的開發和應用將是近階段的研究熱點。

3 結 語

預試是保障在役泵站安全運行不可或缺的基礎性工作，對發現、診斷設備狀態具有重大意義。而積極開展泵站狀態監測的新技術、新方法的研究、應用，是泵站從周期性檢修到狀態檢修發展的必然方向，基于狀態監測的電氣設備運行狀態診斷技術將進一步推進泵站的自動化程度，提高泵站運行的經濟性、可靠性。