火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障及應(yīng)對(duì)措施

劉 杰

（中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

在火力發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)過程中，雖然火力發(fā)電技術(shù)體系持續(xù)完善，發(fā)電效率不斷提高，但仍舊以大型發(fā)電機(jī)組為核心設(shè)備，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，受到設(shè)備自身老化因素、環(huán)境因素的干擾影響，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各類運(yùn)行故障問題，對(duì)火電廠電能生產(chǎn)效率造成負(fù)面影響。問題嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致火電廠運(yùn)作停滯。因此，必須深入了解各項(xiàng)電氣運(yùn)行故障問題的出現(xiàn)成因，并采取有效的解決措施，從根源上解決這一問題，消除隱患，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行常見故障及出現(xiàn)成因

1.1 發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)

電壓作為評(píng)判供電質(zhì)量的重要衡量指標(biāo)，如若實(shí)際電壓值低于或高于額定值的一定比例，都將對(duì)用戶用電體驗(yàn)、電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成負(fù)面影響，有可能引發(fā)線路短路、供電不足等故障問題的出現(xiàn)，在直接與間接層面上造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓值高于額定值的5%時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)勵(lì)磁以及轉(zhuǎn)子電流有所增加，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組的工作溫度升高、加快老化速度、縮減實(shí)際使用壽命。

當(dāng)發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓值低于額定值的5%及以上時(shí)，將導(dǎo)致定子繞組鐵芯長(zhǎng)時(shí)間處于不飽和工作狀態(tài)，可能出現(xiàn)失步、震蕩等異常現(xiàn)象。同時(shí)，在問題較為嚴(yán)重時(shí)，還將對(duì)關(guān)聯(lián)負(fù)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)造成負(fù)面影響，如做功效果變差以及轉(zhuǎn)速下降等。而在發(fā)電機(jī)電壓值出現(xiàn)異常升降現(xiàn)象、電壓波動(dòng)幅度較大時(shí)，也將以此為誘因?qū)е露ㄗ永@組工作溫度處于異?，F(xiàn)象，引發(fā)一系列電氣運(yùn)行故障問題，造成更大損失。

1.2 發(fā)電機(jī)工作溫度異常升高

發(fā)電機(jī)組作為火電廠發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備與主要構(gòu)成部分，其工作效率直接影響火力發(fā)電廠的電能生產(chǎn)效率，并在一定意義上發(fā)揮著電網(wǎng)調(diào)峰作用，其重要性不言而喻。因此，在火電廠運(yùn)營(yíng)過程中，為保障電網(wǎng)安全、確保實(shí)際發(fā)電量，可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的高低變化而進(jìn)行適當(dāng)增減，持續(xù)提供充足的上網(wǎng)電量，發(fā)電機(jī)組以及關(guān)聯(lián)設(shè)備時(shí)常處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。在這一系統(tǒng)運(yùn)行背景下，發(fā)電機(jī)組在時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，將持續(xù)產(chǎn)生一定程度的鐵、銅損耗，這類損耗能量轉(zhuǎn)換為熱能。由于發(fā)電機(jī)組的排熱性能有所不足、冷卻效果不理想，難以在短時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)化而成的額外熱能進(jìn)行有效釋放，加之發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境普遍為高溫環(huán)境，因此，發(fā)電機(jī)組元器件的實(shí)際老化速度遠(yuǎn)高于預(yù)期速度，設(shè)備實(shí)際使用壽命有所縮短、運(yùn)行效率下滑。而在設(shè)備工作溫度超過一定標(biāo)準(zhǔn)后，將引發(fā)一系列電氣運(yùn)行故障。

1.3 備用電源自動(dòng)切換不順暢

在火電廠發(fā)電系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，受到環(huán)境、人為等因素的干擾影響，偶爾出現(xiàn)各類電氣運(yùn)行故障，如電機(jī)損壞、斷電等。針對(duì)這類突發(fā)性問題，為降低問題所造成的損失，保障發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，企業(yè)普遍選擇配置發(fā)電機(jī)備用電源。當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于沒電與斷電條件時(shí)，自動(dòng)切換備用電源，保證機(jī)組安全停運(yùn)，并對(duì)DCS等系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)供電。常見備用電源包括蓄電池以及柴油發(fā)電機(jī)。但是，在備用電源切換過程中，母線所接入電氣設(shè)備都將保持減速運(yùn)行狀態(tài)，隨著時(shí)間推移，電壓持續(xù)衰減，至母線與備用電源連接時(shí)，電機(jī)將在短時(shí)間內(nèi)保持加壓狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)電機(jī)造成不利影響，且切換電源所造成的影響程度視電機(jī)容量而定。同時(shí)，在備用電源沒有得到快速啟動(dòng)，或是電源切換時(shí)間超過一定標(biāo)準(zhǔn)后，都將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)啟動(dòng)困難、發(fā)電機(jī)停滯等現(xiàn)象。

1.4 電氣接地問題

目前，電氣接地作為保障發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的主要技術(shù)手段，可將其分為交流接地及直流接地兩種。近年來，在我國(guó)電力事業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，電能消耗量及用電負(fù)荷也在不斷增大，導(dǎo)致電壓等級(jí)同步提高。因此，在火電廠發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，系統(tǒng)短路故障問題的出現(xiàn)率及故障電流有所加大，原有電氣接地措施難以發(fā)揮預(yù)期保護(hù)效果。例如，在直流系統(tǒng)出現(xiàn)任意一點(diǎn)接地現(xiàn)象時(shí)，并不會(huì)引發(fā)系統(tǒng)短路故障問題的出現(xiàn)，且熔斷器仍舊保持正常運(yùn)行狀態(tài)。但是，如若檢修人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)、有效解決這一問題，將有可能以此為誘因引發(fā)接地短路故障問題。同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)交流電接地現(xiàn)象時(shí)，電機(jī)繞組與外殼結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)接觸情況，從而導(dǎo)致絕緣部位出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象。這一問題的存在，對(duì)設(shè)備接地水平提出了較高要求，企業(yè)需結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)原有接地保護(hù)措施進(jìn)行更新補(bǔ)充，采取正確接地方式。

2 火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障的有效應(yīng)對(duì)措施

2.1 合理選擇冷卻手段，做好發(fā)電機(jī)溫控工作

在發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間、超負(fù)荷運(yùn)行過程中，時(shí)常產(chǎn)生銅、鐵磨損問題，損耗能量逐漸轉(zhuǎn)換為熱能。而部分發(fā)電機(jī)組的冷卻效果不理想，無法高效排出所產(chǎn)生的熱能，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組工作溫度異常升高，加快設(shè)備老化速度、削弱運(yùn)行穩(wěn)定性能。為了有效解決這一問題，企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)化發(fā)電機(jī)組的冷卻性能，選擇恰當(dāng)?shù)慕禍丶夹g(shù)及配套設(shè)施。目前，較為常見的發(fā)電機(jī)組降溫技術(shù)分為氫氣冷卻技術(shù)、密閉式水內(nèi)冷卻技術(shù)以及空氣冷卻技術(shù)，各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要求、適用范圍、技術(shù)特點(diǎn)與冷卻效果都有所不同，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)睦鋮s技術(shù)。

氫氣冷卻技術(shù)是在發(fā)電機(jī)組外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝設(shè)氫氣冷卻器，將氫氣作為冷卻介質(zhì)。氫氣具有密度小、導(dǎo)熱效率高、機(jī)械損失小等優(yōu)勢(shì)，在氫氣循環(huán)輸送、使用過程中，起到冷卻作用。但是，氫氣作為一種易燃、易爆氣體，其化學(xué)特性不穩(wěn)定，適用性較差。密閉式水內(nèi)冷卻技術(shù)是指在發(fā)電機(jī)組內(nèi)構(gòu)建密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，將工業(yè)冷卻水作為主要介質(zhì)，在水冷卻器運(yùn)行過程中，冷卻水經(jīng)由泵輸送至水冷卻器內(nèi)，起到冷卻熱工藝介質(zhì)的作用。同時(shí)，對(duì)冷卻水進(jìn)行二次換熱，在二次冷卻器內(nèi)降溫為冷卻水，再將其循環(huán)使用。這項(xiàng)技術(shù)的降溫效果最為顯著，且運(yùn)行穩(wěn)定，得到廣泛應(yīng)用普及?？諝饫鋮s技術(shù)是通過配置蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機(jī)與水冷卻管等裝置，在鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，持續(xù)將發(fā)電機(jī)組內(nèi)的高溫空氣吸入空氣冷卻器內(nèi)，再將經(jīng)過降溫冷卻處理的冷空氣送至機(jī)組內(nèi)，從而起到循環(huán)降溫的作用。在選擇適當(dāng)冷卻技術(shù)的同時(shí)，管理人員還需定期對(duì)發(fā)電機(jī)組的工作溫度進(jìn)行檢查，當(dāng)機(jī)組工作穩(wěn)定臨近或超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取有效降溫措施，避免設(shè)備出現(xiàn)元器件加速老化現(xiàn)象。

2.2 穩(wěn)定電壓

從運(yùn)行故障出現(xiàn)成因角度來看，發(fā)電機(jī)組電壓不穩(wěn)故障的出現(xiàn)成因及影響因素較為復(fù)雜，涉及諸多專業(yè)領(lǐng)域，多數(shù)中小型火電廠難以徹底解決這一故障問題。因此，基于現(xiàn)有技術(shù)條件，企業(yè)一方面應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研發(fā)力度，持續(xù)完善技術(shù)理論體系；另一方面，為降低發(fā)電機(jī)電壓不穩(wěn)故障所造成的損失程度，保證火電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)強(qiáng)化電機(jī)電壓監(jiān)測(cè)力度，在發(fā)電機(jī)工作電壓高于或低于額定值5%時(shí)，及時(shí)上報(bào)問題，分析問題成因，并采取有效解決措施。這一目的的實(shí)現(xiàn)，可選擇運(yùn)用自動(dòng)化與智能化技術(shù)，構(gòu)建自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，在發(fā)電機(jī)組周邊配置適當(dāng)型號(hào)的傳感器，傳感器持續(xù)對(duì)機(jī)組電壓信息進(jìn)行采集，將采集數(shù)據(jù)提交至監(jiān)測(cè)中心。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)組電壓值出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象，或是過高與過低時(shí)，將自動(dòng)向管理人員與維護(hù)人員發(fā)送預(yù)警信號(hào)，并基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則采取有效控制措施，如切斷部分負(fù)電荷。

2.3 保證接地線設(shè)計(jì)合理

結(jié)合火電廠發(fā)電系統(tǒng)接地保護(hù)措施的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)接地設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，唯有如此，方可為火電廠發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行安全、工作人員人身安全提供有力保障。例如，企業(yè)可選擇基于人體電阻以及接地電阻并聯(lián)原理，優(yōu)先采取環(huán)路式接地線措施。將接地線電阻值控制在合理范圍內(nèi)，即可起到控制流向人體的電流值的作用。同時(shí)，采取這一接線措施，也將有效強(qiáng)化電氣設(shè)備接地裝置的運(yùn)行可靠性。在任意一處接地線出現(xiàn)故障問題時(shí)，也可將電氣運(yùn)行故障出現(xiàn)率控制在較低范圍內(nèi)，保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 強(qiáng)化設(shè)備檢修維護(hù)力度

出現(xiàn)電氣運(yùn)行故障時(shí)，往往會(huì)顯露出相對(duì)明顯的征兆，如發(fā)電機(jī)組工溫度異常升高、電壓值大幅波動(dòng)、備用電源啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)等。若沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)、有效解決各類電氣運(yùn)行故障問題，不但會(huì)對(duì)火電廠發(fā)電生產(chǎn)效率造成不利影響，還將造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，并在嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞，使用壽命縮短。因此，為強(qiáng)化電氣運(yùn)行故障處理能力，應(yīng)重點(diǎn)開展系統(tǒng)性、針對(duì)性的電氣設(shè)備維修保養(yǎng)工作，定期對(duì)各類電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，并評(píng)估設(shè)備在未來一定時(shí)間范圍內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、有效預(yù)防各類電氣運(yùn)行故障。例如，可組合運(yùn)用計(jì)劃性維修法與狀態(tài)預(yù)測(cè)法。配置適當(dāng)數(shù)量及型號(hào)的傳感器，持續(xù)采集電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，在其基礎(chǔ)上綜合評(píng)估各類電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)工況，以及各類運(yùn)行故障問題的出現(xiàn)率。隨后，在設(shè)備工況評(píng)估報(bào)告基礎(chǔ)上，針對(duì)性地制訂設(shè)備檢修工作計(jì)劃，重點(diǎn)對(duì)設(shè)備故障高發(fā)區(qū)域進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并解決所發(fā)現(xiàn)的故障隱患。同時(shí)，構(gòu)建長(zhǎng)效機(jī)制，明確界定各部門及人員的權(quán)責(zé)范圍、工作內(nèi)容，定期開展人員專業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)、安全生產(chǎn)教育工作，持續(xù)完善電氣設(shè)備檢修管理體系，確保各項(xiàng)故障應(yīng)對(duì)措施、設(shè)備維護(hù)檢修工作制度得到貫徹落實(shí)與有效執(zhí)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，火電廠發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各類常見電氣運(yùn)行故障的出現(xiàn)成因很多。在系統(tǒng)運(yùn)行中，任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作不當(dāng)問題時(shí)，都將對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率及運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響。對(duì)此，必須深入分析和研究各項(xiàng)常見電氣運(yùn)行故障問題的出現(xiàn)成因，針對(duì)故障問題采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，定期開展設(shè)備維護(hù)檢修工作，推動(dòng)火力發(fā)電廠及電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。