小型水電站電氣設備預防性試驗

摘" 要：預防性試驗是確保電氣設備長期可靠運行的關鍵措施?；诖?，該文分析小型水電站電氣設備的主要類型，分析這些設備在運行過程中遇到的問題，詳細介紹預防性試驗的必要性，強調通過定期試驗及時發(fā)現(xiàn)設備潛在的故障隱患，從而避免重大事故的發(fā)生。在試驗方法方面，該文總結當前常用的電氣設備試驗技術，如絕緣電阻測試、介質損耗角正切測試、局部放電檢測等，并討論這些方法的優(yōu)缺點。同時，該文還探討試驗周期的確定原則，提出根據(jù)設備類型、運行環(huán)境和歷史數(shù)據(jù)等因素綜合考慮的建議。為相關領域的技術人員和管理人員提供參考，確保水電站的高效運行。

關鍵詞：小型水電站；電氣設備；預防性試驗；試驗周期；故障隱患

中圖分類號：TV738" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）36-0063-04

Abstract： Preventive testing is a key measure to ensure long-term reliable operation of electrical equipment. Based on this， this paper analyzes the main types of electrical equipment in small hydropower stations， analyzes the problems encountered by these equipment during operation， introduces in detail the necessity of preventive testing， and emphasizes that potential trouble hazards of equipment can be discovered in time through regular testing， so as to avoid major accidents. In terms of test methods， this paper summarizes the currently commonly used electrical equipment test techniques， such as insulation resistance test， dielectric loss tangent test， partial discharge detection， etc.， and discusses the advantages and disadvantages of these methods. At the same time， this paper also discusses the principles for determining the test period， and puts forward suggestions for comprehensive consideration based on factors such as equipment type， operating environment and historical data， so as to provide reference for technicians and managers in relevant fields to ensure efficient operation of hydropower stations.

Keywords： small hydropower station; electrical equipment; preventive testing; test cycle; hidden trouble

定期開展小型水電站電氣設備的預防性試驗，是確保電站安全運行的重要措施。預防性試驗是指在設備正常運行周期內，利用各種試驗，科學評估電氣設備的使用性能，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障，采取相應的維護和修復措施，防止設備在運行中發(fā)生故障，保障電站的安全穩(wěn)定運行?；诖?，本文旨在探討小型水電站電氣設備預防性試驗的重要性、試驗方法、試驗標準以及試驗結果的分析與處理。通過對現(xiàn)有文獻的綜述和實際案例的分析，本文將提出一套適用于小型水電站電氣設備的預防性試驗方案，以期為小型水電站的運維管理提供技術支持[1]。

1" 電氣設備預防性試驗的主要類型

電氣設備預防性試驗是確保設備安全可靠運行的重要手段。這些試驗主要分為兩大類：非破壞性試驗和破壞性試驗。下面將詳細介紹這兩類試驗的主要類型及其目的。

1.1" 非破壞性試驗

非破壞性試驗是指在不損害設備性能和結構的前提下，對電氣設備進行的各種檢測和測試，該類試驗目的是評估設備的運行狀態(tài)，預防潛在的故障，保證設備在正常工作條件下的安全性。非破壞性試驗主要包括絕緣電阻測試、介質損耗角正切測試、局部放電測試。絕緣電阻測試是評估電氣設備絕緣性能的基本方法。通過使用絕緣電阻測試儀，測量設備絕緣材料的電阻值，有效地判斷絕緣材料是否存在損壞或老化，從而確保設備的安全運行。介質損耗角正切測試評估絕緣材料在交流電壓下的性能，通過測量絕緣材料在電壓作用下的能量損耗，可以判斷材料的老化程度和性能退化情況，這對于預防設備故障具有重要意義。局部放電是指在電氣設備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的微小放電現(xiàn)象，這些放電可能是設備潛在故障的早期信號。通過專門的局部放電檢測設備，可以實時監(jiān)測和分析這些放電活動，從而及時發(fā)現(xiàn)并處理可能導致設備故障的問題。通過這些非破壞性試驗，有效地監(jiān)控電氣設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，從而延長設備的使用壽命，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行（表1）。

超聲波檢測是利用超聲波在材料中的傳播特性來檢測材料內部的缺陷。超聲波是一種頻率高于人類聽覺范圍的聲波，通常在20 kHz以上。當超聲波遇到材料內部的缺陷，如裂紋、氣泡時，會發(fā)生反射和折射。通過接收這些反射波，檢測設備分析出缺陷的位置、大小和形狀，超聲波檢測技術應用于多種材料的檢測，包括金屬、塑料、陶瓷和復合材料等。在機械領域，超聲波檢測用于發(fā)現(xiàn)焊接接頭的裂紋、鑄件中的氣孔及疲勞裂紋等缺陷；在電氣領域，超聲波檢測用于檢測絕緣材料中的空隙、電氣連接點的松動等問題。盡管超聲波檢測技術具有諸多優(yōu)勢，但在實際應用中也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，復雜形狀的設備可能需要特殊的探頭設計；材料表面的粗糙度也會影響檢測的準確性；此外，操作人員的專業(yè)技能和經驗對檢測結果也有重要影響。

1.2" 破壞性試驗

破壞性試驗是在試驗過程中可能會對設備造成不同程度的損害，以獲取設備極限性能數(shù)據(jù)的試驗。這類試驗通常用于驗證設備的設計極限、材料性能、在極端條件下的可靠性。破壞性試驗主要包括以下幾種：①短路試驗。短路試驗是模擬電氣設備在短路故障發(fā)生時的響應情況，利用人為制造短路條件，評估設備的短路承受能力，以及相關的保護裝置是否能及時切斷故障電路，防止事故擴大，這種試驗對于驗證斷路器、熔斷器等保護設備性能尤為重要。②過電壓試驗。旨在測試電氣設備在承受超過其額定電壓時的絕緣性能，通過施加高于正常工作電壓的電壓值，檢驗設備的絕緣材料和結構是否能夠在過電壓情況下保持完整，不發(fā)生擊穿，保護設備在遭遇雷電沖擊、操作過電壓等異常情況時的安全性。③機械強度試驗。針對設備的機械結構進行，測試其在各種負荷條件下的穩(wěn)定性，包括評估支撐結構、連接部件、運動部件強度，真實模擬設備在實際運行中遇到的各種機械應力，如振動、沖擊和持續(xù)負荷等，讓設備的機械部分能在長期使用中保持良好的工作狀態(tài)（圖1）。

2" 預防性試驗分析

2.1" 測試絕緣電阻

絕緣電阻測量是評估電氣設備絕緣狀態(tài)的基本方法，通過測量電氣設備在加壓1 min時的絕緣電阻，有效檢測出絕緣材料是否存在貫通的集中性缺陷，如絕緣材料老化、破損、受潮等問題，絕緣電阻大小直接反映絕緣材料的電氣性能，是判斷設備是否需要維修或更換的重要依據(jù)。同時，要使用兆歐表進行測量，通過產生已知的高電壓，施加到被測設備的絕緣部分，然后測量由此產生的電流，從而計算出絕緣電阻值。在測量過程中，兆歐表電壓通常根據(jù)被測設備的額定電壓進行選擇，加強測試結果的準確性（圖2）。

在測試時，要讓被測設備已從電網(wǎng)中隔離，并已放電至安全電壓，按照兆歐表的使用說明，正確連接測試線至被測設備的絕緣部分，啟動兆歐表，施加規(guī)定的測試電壓，并持續(xù)1 min，記錄1 min時的絕緣電阻值，根據(jù)測得的絕緣電阻值，結合設備的技術標準和歷史數(shù)據(jù)，評估絕緣狀態(tài)。雖然測量絕緣電阻或吸收比是有效的預防性試驗方法，但它主要用于檢測絕緣的貫通性缺陷，對于絕緣的局部缺陷，如微小的裂紋或局部受潮，可能無法準確檢測。因此，為了全面評估電氣設備的絕緣狀態(tài)，還要結合其他測試方法，如局部放電測試等[2]。

2.2" 測試泄露電流

測試泄露電流通常在高壓側進行，使用微安表直接讀取泄露電流值。具體操作中，提前讓所有非必要人員撤離，采取必要的安全措施，將微安表正確連接到高壓側的測試點，確保連接牢固且接觸良好。逐步施加試驗電壓，從低到高，直至達到預定測試電壓，在施加電壓的過程中，通過微安表實時讀取泄露電流值。該方法具有多樣化優(yōu)點，使用微安表測試泄露電流時，施加較高的試驗電壓，對于檢測絕緣材料的微小缺陷尤為重要[3]。同時，試驗電壓可根據(jù)需要進行調節(jié)，有效適應不同設備的測試要求。微安表具有較高靈敏度，能精確測量微小的泄露電流，對于發(fā)現(xiàn)早期絕緣缺陷非常有幫助。同時，工作人員可利用關系曲線判斷絕緣缺陷，繪制泄露電流與電壓（i=f（u））關系曲線，進一步分析絕緣材料的吸收比，從而準確判斷絕緣缺陷（圖3）。

通過分析圖3，發(fā)現(xiàn)對于良好的絕緣，泄漏電流隨著電壓升高，其出現(xiàn)不同程度的上升，且電流值較小，如曲線1；當絕緣出現(xiàn)受潮問題，泄漏電流數(shù)值提高，和曲線2類似；當絕緣出現(xiàn)集中缺陷，和曲線3相同；如果泄漏電流處于0.5Us位置，相似曲線4，如果不及時組織工作人員進行處理，很容易出現(xiàn)無過電壓問題，甚至產生擊穿問題[4]。例如：湖南省衡陽市某一級電站3號發(fā)電機，在進行定子泄漏電流試驗時，當電壓達到0.5 UN時，C相泄漏電流快速提升。經過工作人員檢查，發(fā)現(xiàn)C相定子端部綁環(huán)絕緣位置出現(xiàn)破壞（圖4）。

2.3" 測試介質損耗角

耐壓試驗是評估絕緣油電氣強度的常用方法，在試驗中，絕緣油被置于高電壓下，觀察其是否會發(fā)生擊穿。好油的擊穿場強可達250 kV/cm，而壞油的擊穿場強僅為25 kV/cm，表明好油和壞油在耐壓試驗中的表現(xiàn)有著顯著的差異，比例為10∶1[5]。介質損耗角測試則是通過測量絕緣油在交流電壓下的能量損耗來評估其絕緣性能，好油的介質損耗角非常小，僅為0.000 1，而壞油的介質損耗角則高達0.1，兩者之間的差別達到1∶1 000，說明盡管在耐壓試驗中好油和壞油的差異明顯，但在介質損耗角測試中這種差異被放大10倍。通過對比2種測試方法，壓試驗和介質損耗角測試各有其優(yōu)勢，耐壓試驗直觀且易于理解，能快速判斷絕緣油的基本電氣強度。而介質損耗角測試提供細致的絕緣油性能信息，尤其是在檢測早期絕緣劣化方面更為敏感。

3" 試驗結果

本文是以衡陽市某電站為主要研究對象，其電站型號為LJWD-35，額定電壓為35 kV，得到表格見表2。

通過分析表2數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2019年至2020年，tg？啄 值從1.5增加到1.6，增幅較小，表明這一時期電流互感器的絕緣性能略有下降，但變化不顯著。2020年至2021年tg？啄值保持不變，仍為1.6，說明在這一年內電流互感器的絕緣性能穩(wěn)定。2021年至2022年tg？啄值顯著增加至2.45，增幅達到53.13%，表明電流互感器的絕緣性能出現(xiàn)了大幅度的下降，需要引起關注。2022年至2023年tg？啄值進一步增加至3.55，增幅達到44.90%，該變化表明電流互感器的絕緣性能持續(xù)惡化，可能存在潛在的故障風險。通過對A相35 kV電流互感器歷年tg？啄測量值的分析，可以看出其絕緣性能自2021年以來呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。特別是2022年至2023年的大幅增加，預示著電流互感器可能面臨更嚴重的絕緣問題。建議對電流互感器進行更頻繁的檢測和維護，以確保電力系統(tǒng)的安全運行。同時，應進一步分析導致tg？啄值增加的具體原因，如環(huán)境因素、設備老化等，以便采取針對性的措施進行改善。

4" 結論

綜上所述，在小型水電站電氣設備預防性試驗研究中，深入探討預防性試驗的重要性、試驗方法及試驗結果的分析與應用。通過對電氣設備的定期檢測和評估，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障，有效預防設備在運行中的突發(fā)性故障，確保水電站的安全穩(wěn)定運行。小型水電站電氣設備預防性試驗研究是一項系統(tǒng)而復雜的工作，它涉及電氣工程、檢測技術、數(shù)據(jù)分析等多個領域。通過不斷優(yōu)化試驗方法和提升試驗技術，能更好地保障水電站的安全運行，為社會提供穩(wěn)定可靠的電力供應。未來，隨著技術的不斷發(fā)展，預防性試驗將更加智能化、自動化，為水電站的可持續(xù)發(fā)展提供強有力的技術支撐。

參考文獻：

[1] 王舉道.高壓電氣設備全廠停電預防性試驗不拆除一次引線的方法研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經濟和信息化，2021，11（12）：163-164，169.

[2] 林灝凡.關于高壓電氣設備的絕緣預防性試驗研究[J].電子測試，2022（19）：132-134.

[3] 陸長兵.高壓電氣設備的絕緣預防性試驗方法及安全措施[J].環(huán)球市場，2020（10）：131.

[4] 郭奇峰.關于高壓電氣設備的絕緣預防性試驗研究[J].百科論壇電子雜志，2020（14）：1834-1835.

[5] 石雨涵.對某電廠電氣設備絕緣預防性試驗的分析研究[J].科技經濟導刊，2021（15）：55-56.