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摘要：电气设备在电站中已被广泛采用，而电气故障是不可避免的，所以应加强对电气设备的管理。但如何根据故障现象查找并处理电气故障是安全管理中面临的一大问题。文章就电站电气故障及处理措施进行探讨，以确保电气设备的安全运行。
关键词：水电站电气；故障；电抗器；中性点不接地系统；发电机电压；处理措施
中图分类号：TV738文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）18－0005－02
随着电气设备在电站中被广泛采用，但同时也出现一些故障问题。常见电站电气设备故障包括由电抗器接地导致的发电机中线电流不平衡、准同期装置失灵及电抗器、主变与线路的谐振；由中性点不接地系统电压不平衡现象导致的高压熔断器熔断和低压熔断器熔断；以及由于发电机电压达不到额定电压和发电机内部绝缘故障等导致的故障。
1电抗器引发故障的处理
电站为了减少主变温升，增加出力，往往将主变低压侧中心点经电抗器接地，而发电机中心点直接接地，就会引起发电机中线电流不平衡、准同期装置失灵及电抗器、主变与线路的谐振。
1.1中心线电流变化及其处理
对于几台发电机并列运行，中心线电流随所带负荷不平衡而发生巨大变化；且并列运行时，某台发电机所带负荷相对其他机组越大，则该机中心线的电流就越大。这是因为其他发电机三次谐波电流与该机形成环流，造成该机中心线电流大大增加。此时会导致中线过热，甚至熔化。因此，要求并列运行时尽量调整各台发电机所带负荷的平衡。
1.2准同期并网装置失灵及其处理
发电机中心线直接接地，系统侧的“零点”（主变中心点）是经电抗器而接地，对交流电来说，经电抗器后电流就滞后电压90 °。
1.3线路主与变及电抗器间的谐振
某电站3台250 kW机组，两台175 kW机组，1号主变容量为1 000 kWA，2号主变容量为500 kWA。开机并网时发现准同期装置失灵，同期转向灯不正常，白灯、红灯同时熄灭。测同期装置引入电源电压分别为210 V、340 V，测母线三相对地电压分别为170 V、230 V、340 V，短路电抗器三相对地电压均在220 V左右，同期装置及转向灯也恢复正常，以此现象判定为谐振。
处理方法有3种：①先投入2号主变并上一台175 kW机组，破坏谐振点，再并250 kW机组；②采用1个转换开关，250 kW机组并一台前，先将电抗器短接，并上机组后再切除短接；③有条件的地方采取补偿电容，一方面可以破坏谐振，另一方面又可以补偿机组无功，这是最恰当的。
2中性点不接地系统电压不平衡现象
2.1电压互感器熔断器熔断
电压互感器熔断器熔断有高压熔断器熔断和低压熔断器熔断之分，出现的现象也不同。
2.1.1高压熔断器熔断
（1）单相高压熔断器熔断。由于PT有一定的感应电压，故障相电压降低，且不为零，非故障相电压正常，向量角为120 °，同时由于熔断器熔断使一次侧电压不平衡，造成开口三角形有电压，即有零序电压。A相高压熔断器熔断，矢量合成结果零序电压3U0，数值等于相电压Ux（下同），电压表指示约为33 V左右，故能起动接地装置，发出接地信号。若机组运行时出现这种情况，由于高压熔断器熔断等于保护退出，故要求电站值班人员向调度申请停机，通知检修、更换高压熔断器。
（2）两相高压熔断器熔断。同样由于PT感应效应，故障相电压降低，不为零，非故障相电压正常，同时一次侧电压也不平衡，开口三角形也有电压，例如，A相、B相高压熔断器熔断，矢量合成结果，只有一相C相，零序电压3U0，数值也等于相电压Ux，约为33 V左右，故能起动接地装置，发出接地信号，处理方式同一相熔断器熔断相同。
2.1.2低压熔断器熔断
单相低压熔断器熔断时，由于是一次侧熔断器熔断，一次侧电压正常，所以故障相电压为零，非故障相电压正常，其向量角为120 °。开口三角形处没有零序电压，不能起动接地装置，不发出接地信号。出现这种情况，只要电站运行人员及时自行更换低压熔断器就可以了。两相低压熔断器熔断，也是故障相电压为零，非故障相电压正常，A处理方法和单相熔断一样。
2.2单相接地
单相接地，可分金属性接地和非金属性接地。若A相接地，其电压向量图，见图1、图2。
图1A相接地中性点电压向量图2A相接地中性点位移轨迹
若用K表示单相接地系数，则K＝U0d/Ux（0≤K≤1.0，K＝0为不接地，K＝1为金属性接地）。
各相对地电压的特点：
（1）相对地电压UAd。K＝0时，UAd＝Ux；K＝1时，UAd＝0；当K在0～1.0之间变化时，UAd在UX～0之间变化，故接地相对电压UAd降低，但不为零。
（2）非接地相对地电压UBd。K＝0时，UBd＝UX；K＝1时，UBd＝3UX；即上升为线电压，K值在0～1.0之间变化时，UBd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，在一定范围内单相（A相）非金属性接地，非接地相（B相）对地电压时降低而不是升高的。在这个范围内接地相（A相）对地电压也不是最低的。故不能用对地电压最低作为判断接地相的依据。当不在这个范围内，B相对地电压会升高，且不超过线电压。
（3）非接地相对地电压UCd。K＝0时，UCd＝Ux；K＝1时，UCd＝3Ux；即上升为线电压；当K在0～1.0之间变化时，UCd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，UCd总是升高的，在一定范围内单相（A相）非金属性接地，非接地相（C相）对地电压最高可超过线电压。
（4）点对地电压UOd。K＝0时，UOd＝0；K＝1时，UOd＝Ux；K在0～1.0之间变化时，UOd在0～Ux。当然对这个电压，电压表是无法显示出来的，但对它有一定的了解，对分析电网的问题很有帮助。
总之，在0＜K＜1.0时，对任意K值，C相对地电压总是大于A相和B相的相对地电压，由此可以得出规律，单相非金属性接地时，以正相序（A→B→C→A）为准，对地电压最高的下一相为接地相。由于单相接地使一次电压产生不平衡，故开口三角形处有电压，电压值在0～100 V之间，在金属性接地时，电压值为相电压的3倍，电压表指示为100 V；非金属性接地时小于100 V。小接地系统中，允许单相接地运行1～2 h，还是要及时解除故障，否则会导致两相接地，而保护动作跳闸，影响送电。
3发电机电压达不到额定电压
电站发电运行时，发电机发电电压达不到额定值。在发电机刚检修完好的情况下，起动发电机到额定转速后，在升压时，减少励磁机磁电阻、励磁电压和发电机定子电压都升不上来。这样维修人员必须查明故障原因。励磁机励磁电压的建立，起先是由剩磁所引起的，所以当励磁机失去剩磁时，励磁电压便建立不起来，检修过的发电机剩磁很容易消失。如果在解体检修励磁机时，由于接线错误把励磁线圈正负极接反，这样再次起动运行，则励磁机、励磁线圈中流过的电流产生的磁通与铁芯原有剩磁方向相反，使剩磁削弱或者完全消失，所以电压建立不起来。在查明原因后，再对故障进行排除，处理方法是，这时应检查励磁回路（包括励磁机内部）有无断线，电刷位置是否正确，电刷接触是否良好，如果检查结果正常，而励磁电压表又有很小的指示值，表示励磁线圈接错方向，应把励磁线圈正负极性对换一下。如果励磁电压表没有指示，应在励磁机励磁线圈上加直流电源（一般用蓄电池）进行充磁。充磁时直流电源正负两极应和励磁线圈正负两端对应接触一下即可。在进行外加直流电源充磁时，最好把励磁开关切断、励磁电阻加到最大，防止发生高电压。
4发电机内部绝缘故障
在运行中发电机断路器和励磁开关突然自动跳闸，发电机回路中的指示表针全指零，检查继电器动作情况时发现差动继电器动作。有时发现发电机内部或风道中冒烟或冒火星，并有绝缘烧焦臭味，这种现象说明发电机内部有绝缘故障。这是因为发电机线圈绝缘损坏或铁芯短路引起的。故障情况一般是由单相接地或是匝间短路而扩大成为相应短路使继电保护动作。发生接地故障的原因有以下几种：
（1）过电压引起。在发电机电压网络中发生单相接地时，其他两相电压会升高，最高达 倍。更为严重的过电压是发生在单相弧光接地时，可能使未故障相对地电压升高3～3.5倍。在发电机电压引出线路上，发生A相弧光接地时，若发电机定子线圈BC两相中有一相绝缘不良，则绝缘不良的一相就会被电压击穿，从而发生两点接地故障。此外，在直配线系统中，由于防雷设施不当，发电机也易受到雷电波的袭击，而打穿线圈绝缘。
（2）温度过高引起。如果长时间的线圈温度过高或铁芯短路发热，其结果使线圈绝缘恶化，即绝缘强度降低，这就更容易使绝缘击穿。
（3）在检修时因不注意而把工具零件丢在发电机里；或是在运行中转子上的零件，如绑线式转子的绑线甩开，搭在绝缘线圈上，造成绝缘损坏。
（4）由于定子线圈端部接头焊接不良，在运行中过热，使接头开焊而引起电弧将绝缘烧坏。当差动继电器动作时，除去发电机本体故障外。
5结束语
总之，故障排除后，维修人员还应做进一步的检查，通过检查证实故障确实已排除，然后由操作人员来试运行操作，以确认设备是否已正常运转，同时还应向有关人员说明应注意的问题。只有这样，才能彻底排除故障，提高安全管理的质量，解决实际中所面临的问题。
Discussion on the Electrical Failure and Treatment
Measures of Hydroelectric Power Station
Su Xueliang
Abstract: The electrical equipment has been widely adopted in power plants, and electrical failure is inevitable. Therefore, the management of electrical equipment should be strengthened. However, how to find and deal with the electrical failure based on the failure phenomenon is a big problem faced in safety management. The article explores on the electrical failures of power plant and treatment measures to ensure the safe operation of electrical equipment.
Key words: hydroelectric power station’s electric; failure; reactor; ungrounded neutral system; generator voltage; treatment measures
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：水电站电气；故障；电抗器；中性点不接地系统；发电机电压；处理措施
中图分类号：TV738文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）18－0005－02
随着电气设备在电站中被广泛采用，但同时也出现一些故障问题。常见电站电气设备故障包括由电抗器接地导致的发电机中线电流不平衡、准同期装置失灵及电抗器、主变与线路的谐振；由中性点不接地系统电压不平衡现象导致的高压熔断器熔断和低压熔断器熔断；以及由于发电机电压达不到额定电压和发电机内部绝缘故障等导致的故障。
1电抗器引发故障的处理
电站为了减少主变温升，增加出力，往往将主变低压侧中心点经电抗器接地，而发电机中心点直接接地，就会引起发电机中线电流不平衡、准同期装置失灵及电抗器、主变与线路的谐振。
1.1中心线电流变化及其处理
对于几台发电机并列运行，中心线电流随所带负荷不平衡而发生巨大变化；且并列运行时，某台发电机所带负荷相对其他机组越大，则该机中心线的电流就越大。这是因为其他发电机三次谐波电流与该机形成环流，造成该机中心线电流大大增加。此时会导致中线过热，甚至熔化。因此，要求并列运行时尽量调整各台发电机所带负荷的平衡。
1.2准同期并网装置失灵及其处理
发电机中心线直接接地，系统侧的“零点”（主变中心点）是经电抗器而接地，对交流电来说，经电抗器后电流就滞后电压90 °。
1.3线路主与变及电抗器间的谐振
某电站3台250 kW机组，两台175 kW机组，1号主变容量为1 000 kWA，2号主变容量为500 kWA。开机并网时发现准同期装置失灵，同期转向灯不正常，白灯、红灯同时熄灭。测同期装置引入电源电压分别为210 V、340 V，测母线三相对地电压分别为170 V、230 V、340 V，短路电抗器三相对地电压均在220 V左右，同期装置及转向灯也恢复正常，以此现象判定为谐振。
处理方法有3种：①先投入2号主变并上一台175 kW机组，破坏谐振点，再并250 kW机组；②采用1个转换开关，250 kW机组并一台前，先将电抗器短接，并上机组后再切除短接；③有条件的地方采取补偿电容，一方面可以破坏谐振，另一方面又可以补偿机组无功，这是最恰当的。
2中性点不接地系统电压不平衡现象
2.1电压互感器熔断器熔断
电压互感器熔断器熔断有高压熔断器熔断和低压熔断器熔断之分，出现的现象也不同。
2.1.1高压熔断器熔断
（1）单相高压熔断器熔断。由于PT有一定的感应电压，故障相电压降低，且不为零，非故障相电压正常，向量角为120 °，同时由于熔断器熔断使一次侧电压不平衡，造成开口三角形有电压，即有零序电压。A相高压熔断器熔断，矢量合成结果零序电压3U0，数值等于相电压Ux（下同），电压表指示约为33 V左右，故能起动接地装置，发出接地信号。若机组运行时出现这种情况，由于高压熔断器熔断等于保护退出，故要求电站值班人员向调度申请停机，通知检修、更换高压熔断器。
（2）两相高压熔断器熔断。同样由于PT感应效应，故障相电压降低，不为零，非故障相电压正常，同时一次侧电压也不平衡，开口三角形也有电压，例如，A相、B相高压熔断器熔断，矢量合成结果，只有一相C相，零序电压3U0，数值也等于相电压Ux，约为33 V左右，故能起动接地装置，发出接地信号，处理方式同一相熔断器熔断相同。
2.1.2低压熔断器熔断
单相低压熔断器熔断时，由于是一次侧熔断器熔断，一次侧电压正常，所以故障相电压为零，非故障相电压正常，其向量角为120 °。开口三角形处没有零序电压，不能起动接地装置，不发出接地信号。出现这种情况，只要电站运行人员及时自行更换低压熔断器就可以了。两相低压熔断器熔断，也是故障相电压为零，非故障相电压正常，A处理方法和单相熔断一样。
2.2单相接地
单相接地，可分金属性接地和非金属性接地。若A相接地，其电压向量图，见图1、图2。
图1A相接地中性点电压向量图2A相接地中性点位移轨迹
若用K表示单相接地系数，则K＝U0d/Ux（0≤K≤1.0，K＝0为不接地，K＝1为金属性接地）。
各相对地电压的特点：
（1）相对地电压UAd。K＝0时，UAd＝Ux；K＝1时，UAd＝0；当K在0～1.0之间变化时，UAd在UX～0之间变化，故接地相对电压UAd降低，但不为零。
（2）非接地相对地电压UBd。K＝0时，UBd＝UX；K＝1时，UBd＝3UX；即上升为线电压，K值在0～1.0之间变化时，UBd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，在一定范围内单相（A相）非金属性接地，非接地相（B相）对地电压时降低而不是升高的。在这个范围内接地相（A相）对地电压也不是最低的。故不能用对地电压最低作为判断接地相的依据。当不在这个范围内，B相对地电压会升高，且不超过线电压。
（3）非接地相对地电压UCd。K＝0时，UCd＝Ux；K＝1时，UCd＝3Ux；即上升为线电压；当K在0～1.0之间变化时，UCd相量的始端沿着图的半圆OdA变动。可见，UCd总是升高的，在一定范围内单相（A相）非金属性接地，非接地相（C相）对地电压最高可超过线电压。
（4）点对地电压UOd。K＝0时，UOd＝0；K＝1时，UOd＝Ux；K在0～1.0之间变化时，UOd在0～Ux。当然对这个电压，电压表是无法显示出来的，但对它有一定的了解，对分析电网的问题很有帮助。
总之，在0＜K＜1.0时，对任意K值，C相对地电压总是大于A相和B相的相对地电压，由此可以得出规律，单相非金属性接地时，以正相序（A→B→C→A）为准，对地电压最高的下一相为接地相。由于单相接地使一次电压产生不平衡，故开口三角形处有电压，电压值在0～100 V之间，在金属性接地时，电压值为相电压的3倍，电压表指示为100 V；非金属性接地时小于100 V。小接地系统中，允许单相接地运行1～2 h，还是要及时解除故障，否则会导致两相接地，而保护动作跳闸，影响送电。
3发电机电压达不到额定电压
电站发电运行时，发电机发电电压达不到额定值。在发电机刚检修完好的情况下，起动发电机到额定转速后，在升压时，减少励磁机磁电阻、励磁电压和发电机定子电压都升不上来。这样维修人员必须查明故障原因。励磁机励磁电压的建立，起先是由剩磁所引起的，所以当励磁机失去剩磁时，励磁电压便建立不起来，检修过的发电机剩磁很容易消失。如果在解体检修励磁机时，由于接线错误把励磁线圈正负极接反，这样再次起动运行，则励磁机、励磁线圈中流过的电流产生的磁通与铁芯原有剩磁方向相反，使剩磁削弱或者完全消失，所以电压建立不起来。在查明原因后，再对故障进行排除，处理方法是，这时应检查励磁回路（包括励磁机内部）有无断线，电刷位置是否正确，电刷接触是否良好，如果检查结果正常，而励磁电压表又有很小的指示值，表示励磁线圈接错方向，应把励磁线圈正负极性对换一下。如果励磁电压表没有指示，应在励磁机励磁线圈上加直流电源（一般用蓄电池）进行充磁。充磁时直流电源正负两极应和励磁线圈正负两端对应接触一下即可。在进行外加直流电源充磁时，最好把励磁开关切断、励磁电阻加到最大，防止发生高电压。
4发电机内部绝缘故障
在运行中发电机断路器和励磁开关突然自动跳闸，发电机回路中的指示表针全指零，检查继电器动作情况时发现差动继电器动作。有时发现发电机内部或风道中冒烟或冒火星，并有绝缘烧焦臭味，这种现象说明发电机内部有绝缘故障。这是因为发电机线圈绝缘损坏或铁芯短路引起的。故障情况一般是由单相接地或是匝间短路而扩大成为相应短路使继电保护动作。发生接地故障的原因有以下几种：
（1）过电压引起。在发电机电压网络中发生单相接地时，其他两相电压会升高，最高达 倍。更为严重的过电压是发生在单相弧光接地时，可能使未故障相对地电压升高3～3.5倍。在发电机电压引出线路上，发生A相弧光接地时，若发电机定子线圈BC两相中有一相绝缘不良，则绝缘不良的一相就会被电压击穿，从而发生两点接地故障。此外，在直配线系统中，由于防雷设施不当，发电机也易受到雷电波的袭击，而打穿线圈绝缘。
（2）温度过高引起。如果长时间的线圈温度过高或铁芯短路发热，其结果使线圈绝缘恶化，即绝缘强度降低，这就更容易使绝缘击穿。
（3）在检修时因不注意而把工具零件丢在发电机里；或是在运行中转子上的零件，如绑线式转子的绑线甩开，搭在绝缘线圈上，造成绝缘损坏。
（4）由于定子线圈端部接头焊接不良，在运行中过热，使接头开焊而引起电弧将绝缘烧坏。当差动继电器动作时，除去发电机本体故障外。
5结束语
总之，故障排除后，维修人员还应做进一步的检查，通过检查证实故障确实已排除，然后由操作人员来试运行操作，以确认设备是否已正常运转，同时还应向有关人员说明应注意的问题。只有这样，才能彻底排除故障，提高安全管理的质量，解决实际中所面临的问题。
Discussion on the Electrical Failure and Treatment
Measures of Hydroelectric Power Station
Su Xueliang
Abstract: The electrical equipment has been widely adopted in power plants, and electrical failure is inevitable. Therefore, the management of electrical equipment should be strengthened. However, how to find and deal with the electrical failure based on the failure phenomenon is a big problem faced in safety management. The article explores on the electrical failures of power plant and treatment measures to ensure the safe operation of electrical equipment.
Key words: hydroelectric power station’s electric; failure; reactor; ungrounded neutral system; generator voltage; treatment measures
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