水利工程電氣設備運行管理研究

(1.江蘇省水利科學研究院，江蘇 揚州 225002;2.張家港市長江防洪工程管理處，江蘇 張家港 215625)

1 引 言

電氣設備是水利工程的動力之源，保障著水利設施的正常運行。電氣設備一旦發生故障，輕則工程設備無法運行，重則引發巨大的生命財產損失，后果不堪設想。做好水利工程電氣設備運行管理工作，一方面有利于完善監督管理體制，推動水利工程向標準化管理方向發展；另一方面有利于實現安全生產目標，保障工程效益。本文對水利工程主要電氣設備運行常見問題和管理方式進行了分析和研究。

2 電氣設備常見的問題

水利工程(如泵站、水閘、水庫等)主要電氣設備包括電動機、變壓器、電纜線路、隔離開關、高低壓開關柜、斷路器、接地裝置等。電氣設備由于長時間運行，且受環境影響會造成各種類型的故障和缺陷，下面介紹幾種電氣設備的常見問題。

2.1 電動機

電動機的主要故障有電動機定轉子絕緣材料隨著時間增長絕緣性能下降，造成電機的絕緣電阻偏低；電機的軸承長時間磨損，導致軸承出現明顯振動或異響；水泵在運行過程中出現阻卡，引發電機超載，影響機組的正常運行。

2.2 變壓器

油浸式變壓器常見問題集中在變壓器油，變壓器油主要起著絕緣、散熱、消弧的作用，因此對油溫和油質有著嚴格的要求。油浸式變壓器正常放置于室外，長時間運行后，密封件容易出現老化現象，造成變壓器漏油，影響變壓器的安全運行。此外，變壓器呼吸器中吸潮劑失效的現象較為常見(吸潮劑主要功能為除去空氣中的塵埃和潮濕，以減少變壓器油的受潮和氧化)，吸潮劑失效后將會提高變壓器油的含水量，降低變壓器油的絕緣性能。

干式變壓器常見問題主要集中在變壓器溫控裝置，具體表現為溫度傳感器損壞后未及時更換，溫度指示裝置或風機損壞等問題導致變壓器溫度過高時無法啟動風機降溫，嚴重影響變壓器運行的可靠性。干式變壓器運行時常伴有嗡嗡響聲，主要是由于鐵芯中的鐵芯片磁致伸縮產生，此外繞組的電磁力及變壓器的相關附件共振也能產生響聲，隨著變壓器的老化，響聲將會加大。

2.3 開關柜

高低壓開關柜主要起著通斷、控制、保護的作用，主要由柜體、斷路器、電器元件、操作機構等組成，運行中容易出現以下問題：?受設備制作工藝粗糙、使用過程中磨損等因素的影響，斷路器觸頭或操作結構不能精確入位，無法進行分合閘；?斷路器三相動靜觸頭長時間使用后容易產生腐蝕，觸頭接觸不良，導致觸頭溫度升高；?開關柜內帶電體空氣絕緣間隙偏小，部分高壓柜內帶電體的相與相、相與地之間的間隙小于125mm，容易發生短路現象；?柜內母排連接處發生螺栓松動現象，將會增大接觸電阻，造成接觸點嚴重發熱；?開關柜底部孔洞未進行有效封堵，若蛇、老鼠等小動物誤入柜內活動，會造成短路或接地故障。

2.4 接地系統

2.5 其他因素

環境濕度過高將影響設備正常運行，輕則停電更換設備，重則引發重大電氣事故。經驗表明，高壓電氣設備較長時間在濕度超過80%以上的環境中運行，有可能導致固體絕緣物表面不斷吸收潮氣并形成水膜，而水中含有的離子在電場中沿絕緣物表面運動，并在電極附近形成聚積，使局部電場強度增加，發生放電，嚴重時會使絕緣物表面局部過熱至碳化并伴有強烈的放電聲和弧臭味。環境濕度過高將使柜體、開關觸頭、電纜等金屬部件發生氧化、腐蝕等現象(見圖1～圖2)，降低設備的絕緣性能和觸頭連接的可靠性，留下嚴重的安全隱患。

圖1 斷路器受潮、觸頭腐蝕嚴重

圖2 電纜受潮，絕緣降低

環境溫度過高或者空氣流動性差，設備的熱量不能及時散開，將會因過熱而跳閘，甚至被燒壞。電子儀表、電容器、熔斷器、電池等設備在高溫或者低溫環境下運行不僅會嚴重影響產品的使用壽命，還會影響保護器性能的穩定性和動作的可靠性。另外溫度升高，金屬材料軟化，機械強度將會降低，如銅制金屬材料工作溫度不宜超過200℃，鋁制金屬材料工作溫度不宜超過90℃。溫度過低有機絕緣材料將會變脆，絕緣性能下降，嚴重時甚至會被擊穿。

3 電氣設備管理

3.1 開展電氣預防性試驗

電氣設備預防性試驗是指為了發現運行中電氣設備的隱患而對設備進行的檢查和試驗，主要目的在于檢測運行中的設備有無缺陷。相比出廠試驗和交接驗收試驗，它主要側重于絕緣性能試驗，是排除電氣設備安全隱患、保障設備正常運行的重要環節。

電氣設備絕緣問題的形成需要一個過程，工程建設初期設備較新，不容易出現問題，隨著運行時間的增加，設備的絕緣性能逐漸下降。根據調研，大多數中小型水利工程的電氣設備都未能按規定周期開展電氣預防性試驗，待設備發生故障影響工程正常運行時方進行檢修。若電氣故障發生在主汛期，將影響水利工程效益的發揮，嚴重時威脅到國家和人民生命財產的安全。《電力設備預防性試驗規程》(DL/T 596—2005)中明確要求電力設備應定期進行預防性試驗，故管理單位應定期委托有資質的單位開展電氣設備預防性試驗，試驗時間宜在汛期之前。

3.2 加強設備日常管養

電氣設備具有復雜性和多樣性，所以水利工程中不同的電氣設備應該具有不同管養方法，下文介紹了幾種常規的管養方法。

3.2.1 電動機的管理與養護

a.定期檢查電動機定子鐵芯是否松動，電動機外殼或者定子繞組端部絕緣是否受損，若發現異常應請專業廠家進行維修。

b.觀察軸承箱內潤滑油油位或者油脂是否正常，若缺少潤滑油應及時補充到位。

本項目直接效益只計算發電效益，價格不予修正。建設期效益損失、運行期效益增量及分攤計算，同“財務分析評價”。

c.在電動機運行過程中對其振動、三相電流的不平衡度、溫度進行監測，一旦發現異常，立即斷電，待故障排除后再開機運行。

3.2.2 變壓器的管理和養護

a.監測變壓器的溫度，變壓器溫度過高時應及時采取降溫措施。

b.監聽變壓器的聲音，判斷變壓器是否在運行過程中有放電聲音或者異常聲響。

c.油浸式變壓器應觀察油位、油色是否正常，密封有無漏油；吸潮劑是否過期，若吸潮劑過期，應請專業人員進行更換。

3.2.3 開關柜的管理與養護

a.檢查高低壓開關柜的外觀完整程度、儀表指示是否準確、內部接線是否出現松動或脫落。

b.檢查控制開關和輔助觸點是否接觸良好，定期保養傳動機構，對摩擦部分進行潤滑，保持開關柜操作機構的靈活性。

c.觀察柜內溫控標簽是否正常，判斷母排連接處是否存在發熱現象。

d.觀察絕緣子是否有放電現象。

e.對于六氟化硫開關斷路器應定期檢測其氣體壓力及是否存在泄漏現象，若壓力降低，應及時尋找泄漏點，補充六氟化硫氣體。

f.應做好開關柜的清潔，清潔母排和絕緣子油污，清理柜內灰塵。

3.2.4 環境控制

配電房應配備空調、除濕機、溫濕度表計等溫濕度控制設施，正常情況下配電房溫度應保持在5～35℃，空氣濕度不高于70%，以保障電氣設備可靠穩定運行。

3.3 智能化巡視管理

電氣設備的巡視是指對設備進行周期性現場檢查，及時把握設備的運行情況，第一時間發現設備缺陷，確保電力系統可靠運行。隨著信息化的到來，水利工程自動化系統的應用已日漸廣泛，但是管理人員對設備的巡視仍然依靠人工記錄。傳統的設備巡視需要手工記錄設備狀態信息后匯總，過程煩瑣，容易出錯。在這種管理模式下，巡視不到位、巡視質量參差不齊、巡視項目容易遺漏、紙質巡視報告不易保存及難以統計分析等問題時有發生[4]。針對這些問題，可將二維碼技術應用到電氣設備巡視中，實現巡檢工作的電子化、信息化和智能化，提高巡視工作效率，保障工作的有效開展。

現場設備可通過二維碼進行標識，二維碼通過特定幾何圖形在二維平面上有規律分布形成黑白相間的圖像來記錄信息，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。隨著終端平臺的開放化、智能化，基于智能移動平臺的APP(Application)應用已經成為信息化管理的重要手段。設備巡視APP程序可依據圖3所示的電氣設備巡視作業流程進行編制，系統根據配置好的巡視周期和路線，生成巡視任務下發到終端掃描設備。現場值班人員使用現場終端掃描設備進行巡視，應用現場終端掃描站里設置的各個電氣設備的二維碼標簽，識別后標記確認巡視位置，并記錄下設備巡視狀況，所有設備二維碼標簽掃描記錄完畢后可結束本次巡視[4]。

二維碼識別的巡視技術具有通用性強、制作方便、成本低、不受電磁干擾的特點，真正實現了巡視便利化、管理規范化、手段信息化、技術標準化，將工程運維工作的智能化落到實處。

圖3 設備巡視作業流程

4 結 語

鑒于電氣設備的復雜性和發生事故后果的嚴重性，對電氣設備的管理絕對不可掉以輕心，定期開展電氣設備預防性試驗、加強日常管理養護、實行智能化的巡視管理，有助于運行管理安全標準化目標的實現。