电气设备故障分析及管理研究
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作者: 魏晓龙
摘要：电气设备是电力系统的元件，其可靠工作直接关系到电力系统的安全稳定运行。文章对电气设备故障进行了研究，分析了变电设备引起的故障，供电线路引起的故障，控制电路和控制设备引起的故障，并对管理模式的改变进行探索。
关键词：电气设备；故障变电设备；线路；控制电路
作者简介：魏晓龙（1972-），男，河北石家庄人，太原供电分公司阳曲支公司生产副经理。（山西 太原 030012）
中图分类号：F273 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0157-02
工厂设备运转中，有时会发生意想不到的事故，此时应能够准确判断事故产生的原因，以便尽快采取相应的对策。然而经验表明，对于电气故障来说，某些单纯的故障在调查诊断期间有时却意外地自动恢复正常，而故障的原因却始终不甚明了。对故障状态的准确判断是非常重要的，这是因为判断的结果会对故障处理产生很大的影响。然而在事故现场，处理事故所允许的时间往往十分有限，又往往只能利用简单的测量仪表来进行检测，这些情况都容易导致对故障判断的失误。因此，必须对电气设备的故障有足够的认识。本文主要对电气设备的故障进行了分析并进行了管理研究。
一、变电设备引起的故障
近年来，受变电设备已经基本上可以做到免维护，我们的工作精力也因此转移到生产线的控制和改造上来，对于受变电设备关注程度则越来越低。但是，一旦受变电设备和机器发生故障，就会直接导致所有工厂停工等重大事故发生。有些时候，常常没有准备必要的备用设备，也没有其他应急处理预案，这种情况下，在工厂内部可供选择的应急处理手段将十分有限。在警报已发出的情况下，若原因已经确认，能够及时处理的应该尽快处理，一旦处理延迟或者难以恢复，则事故的危害程度将会进一步增大。
1.变压器绝缘性能下降、气体压力升高
油浸式变压器的绝缘油与空气相接触时，就会因吸湿、氧化等作用而使绝缘油性能变坏，使变压器线圈的绝缘性能变坏，从而使整个变压器的绝缘性能下降。为了防止上述情况的发生，对于大容量变压器，可在其内部密封氮气，以防止绝缘油氧化。由于线圈的局部过热和局部放电，以及铁心的异常等原因，将会引起变压器内部的温度上升。温度的上升将引起绝缘油热分解和氧化，进而产生异常气体并溶解或滞留于绝缘油中。上述情况较轻时，气体压力将显示异常；如果有异常发热或短路等情况发生，则气体压力将急剧升高，可导致冲击压力继电器动作。为了对上述来自变压器内部的故障实施保护，需要设置双浮子继电器。
2.变压器、发电机线圈发生短路或接地
变压器或发电机的线圈发生短路或接地时，其供电电路将被切断，但是这种事故很少发生。首先，对这种类型的事故而言，在现场作紧急处理是不可能的，属于必须回到制造厂进行修理的重大事故。如果是油浸式变压器发生线圈短路或接地事故，则存在从短路部位的烧毁发展成变压器火灾的严重危险。因此，电气设备技术标准中规定，对于额定容量为5MVA以上的变压器，必须设置内部故障保护装置，以便在发生故障时迅速切断供电电路。为了达到上述目的，建议采用比率差动继电器。
3.停电作业失误
因需要进行设备检修，一般来说，工厂的变电所每年要进行1～2次的全停电作业。由于平时很少有与变电所设备直接接触的机会，因此检修时需要格外仔细地进行，即使这样，有时还是会发生意想不到的错误。特别需要注意以下几种情况：检修后不要忘记检查设备的接地线是否可靠接好；是否有检修工具等忘记在控制柜内；等等。实际上，上述错误往往是由检修人员的漫不经心造成的，为了防止这些事故的发生，检修作业后恢复确认环节是极其重要的。
二、供电线路引发的事故
因线路关系而发生的对地短路和线间短路事故也会引起系统停电，但要了解短路原因及其位置并不简单。如果线路出现烧毁或断线，对于低压电路，作应急处理还比较容易，但对于高压电路来说，修理或变更线路路径就不是一件容易的事情了。因此，在最初设计线路时，就应当选择适合使用设备的开关装置和导线容量，以及严格按照电气设备技术标准的要求进行施工。在正常环境使用的情况下，加强了线路绝缘的维护管理，在所使用的保护装置和选择和设定上采取了保护协调措施，使保护装置的动作更加合理，也杜绝了波及其他系统事故的可能性。交流三相电路和交流单相电路的理论很容易与工厂配电线路相结合，因此获得了广泛的应用。
1.变压器中性点接地断线
单相3线式变压器可以输出两种电压。当3线采用同样粗细的导线时，与单相2线式相比，用铜量可以减少37.5%。单相3线式变压器广泛应用于工厂照明、电热负载，以及满足一般单相负载的电力供应。变压器的一次侧为单相高压、二次侧为210V和105V两个输出电压等级，二次侧的中性线采用B类接地施工。因此，变压器的对地电压小于150V，从安全上来说，还可以在发生高压侧与低压侧混线接触时，防止低压侧电压升高的危险。然而，当接地线已经断线但变压器仍然给负载供电时，这种情况是非常危险的，如果这时其他电压相发生对地短路，则接地线的接地电阻值对于配电线路、变压器及二次侧的设备机器等都将产生很大的影响。
2.地下高压电缆对地短路事故
从供电线路的条件、线路的保护、景观上是否合适，以及所需要的经费等方面综合考虑，工厂内部大多采用地下供电方式。因此工厂供电线路是不需要进行外观检验和事故修理的，也正因为如此，电缆敷设场所的温度应能保持稳定，从外伤保护的角度来说敷设场所应该是安全的。
地下电缆的敷设可以分为地沟式、地下管道式以及直接埋设式等几种方式。当然，一旦发生对地短路或者线间短路事故时，地下供电方式将给故障点的确定和修理带来很大困难。特别是对于大容量电缆，到货时间需要1个月以上，如果没有库存的备品，工厂将被迫长时间停产。因此，现场的实际情况是为了不影响生产，必须千方百计地对事故点进行最低限度的应急处理，以便能够尽快送电。由于事故原因的多种多样，在电缆施工时需要解决很多问题，只有充分做好预防保全工作，才有可能预防事故发生。
三、控制电路和控制设备引起的故障
控制电路已经进入基本程序控制的软件化阶段，由硬件构成的部分已经变得很少了。利用软件可以实现复杂的控制，使机器设备的操作及故障诊断等都变得很容易实现。但是，由于动作信号较弱，环境温度和噪声对控制信号的影响不能忽视，使得控制电路和控制设备所使用的零部件和保护装置的种类很多，所构成的控制电路也比较复杂，仓库里也必须储备很多备用零部件，以备不时之需。由于控制电路的复杂性，当控制设备发生事故时，从外部进行的调查变得比较困难，一旦发生事故，往往需要一定的调查时间，有时甚至最终也查不出原因。
1.断路器投入错误
每当设备进行检验修理或改造作业完工后，需要将断路器重新投入电源，以便确认电路运行是否已恢复正常。生产设备的电源电路由动力电路和控制电路两部分组成。一般来说，应首先激活控制电路的电源，继电器和电磁开闭器不应发生异常动作，在确认没有警报等其他异常情况后，方可投入动力电源。如果将上述操作顺序反过来，一旦存在配线错误，或者具有保持功能的继电器仍然保持着上次操作后的状态，或者切换开关还带着负载等情况，若首先激活动力电路，则有可能发生短路事故或者毫无预期的机器动作，导致发生人身安全事故和设备损伤。
2.线路电容对控制继电器的影响
表面上看是可编程控制器模块的装配施工，从实际运行来看，有时会出现继电器动作不稳定甚至不动作。另外，常使用传感器来控制远处的电动机，使之起动、制动或调速。当控制线路附件有交流动力线路通过时，动力线路就会在线路电容的作用下在附件的控制线路中产生感应电压，从而对控制装置的正常工作产生不利影响。PLC和DCS等系统进行信号通信时，需要快速处理大量的信息，为了防止上述干扰事故的发生，最好采用不受上述感应作用影响的光缆通信等专用通信方式。
3.线路绝缘处理不良的影响
正常运行的设备未经报警就紧急停车，如果出了事故，多数是发生了短路或者对地短路事故，在这种情况下，由于保护装置已经动作，因此事故原因是可以调查清楚的。一般来说，生产线的自动化程度是很高的，有一个运行环节故障停机，整个生产线就会停止运行，这时在中央监控室会发出“停车”警报。只有检修完毕排除故障后，生产线才能恢复正常的运行，如果经常发生停车事故，其原因调查起来就会很困难，但是可以说基本上是电气方面的原因。
4.电磁接触器烧损的背景
需要对运行中的负载频繁进行起动、停止控制时，可以使用电磁接触器。选择电磁接触器时，可以根据负载的性质及其运行特性选用合适的型号和规格。电磁接触器的结构坚固，使用寿命长。主接点是电磁接触器需要维护的主要部分。在工程实际中，一般根据运行时的声音是否异常，或者通过观察外观来判断接触器工作是否正常，要想及时发现主接点的异常较为困难。有时发生了意外事故，事后回想起来才意识到当初的异常，但往往为时已晚。造成电磁接触器烧损的原因有很多，例如设置场所的粉尘、环境空气的温度和湿度等的影响，绝缘劣化引起的故障电流的影响等，都可能引起电磁接触器主接点烧损。
四、结论
电气设备的故障会引起电力系统的事故，导致电力系统正常运行的中断。应对电气设备管理模式进行探索，研究更加科学合理的电气设备管理模式，增强电气设备运行的可靠性，提高电力系统的稳定性。
参考文献：
[1]王益全.电气设备故障分析与对策[M].北京:科学出版社,2009.
（责任编辑：刘辉）
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