關(guān)于發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障問題分析

◎黃鵬

電力是現(xiàn)代社會進(jìn)步與發(fā)展不可或缺的一部分。隨著人類社會生產(chǎn)生活對電力資源的需求不斷提升，電力工程建設(shè)也在飛躍式的前進(jìn)。同時，發(fā)電類型越來越多樣化。大、中、小型的火力發(fā)電站、水利發(fā)電站、核電站、風(fēng)能發(fā)電站、光伏發(fā)電站等等。不同的發(fā)電站發(fā)電形式存在千差萬別的差異，但發(fā)電廠在運(yùn)行中的故障卻大同小異。幾乎所有的發(fā)電廠都面臨著電氣接地隱患、發(fā)電機(jī)工作溫度過高、備用電源切換不暢、發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓波動、操作不規(guī)范等問題而引發(fā)的各類電氣故障問題。電氣運(yùn)行故障的發(fā)生不僅會導(dǎo)致電氣設(shè)備使用壽命縮短，還存在人員傷亡的安全風(fēng)險，伴隨著不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障問題及解決策略對提升電廠運(yùn)行的安全性、可靠性及提升發(fā)電廠運(yùn)行的綜合效益有著重要的意義。

一、發(fā)電廠電氣運(yùn)行中的常見問題

（一）不規(guī)范接地隱患

發(fā)電廠的電氣設(shè)備都需要做接地保護(hù)來增加電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性。工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地處理是否規(guī)范時影響電氣設(shè)備運(yùn)行是否發(fā)生電位差的關(guān)鍵。在工作接地不規(guī)范的情況下，發(fā)生雷電天氣或輸電線電壓波動時，極易造成電氣設(shè)備運(yùn)行的安全隱患，導(dǎo)致輸電線路短路、斷路、電氣元件燒毀等問題。在工作接地中，常見的問題為防雷接地不當(dāng)、直接接地位置不合理。保護(hù)接地中最常見的問題為接地線絕緣層損壞、漏電及帶電設(shè)備接地線路不規(guī)范的問題。在重復(fù)接地中，最常見的是重復(fù)接地點(diǎn)的數(shù)量阿甘不足、接頭防腐處理不當(dāng)或發(fā)生銹蝕后未能及時發(fā)現(xiàn)等。

（二）發(fā)電機(jī)組工作溫度過高或異常升高

發(fā)電機(jī)組溫度過高或溫度異常升高的問題是許多發(fā)電廠普遍存在的問題。當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下時間較長時，機(jī)組冷卻系統(tǒng)提供的輔助冷卻作用不足以滿足發(fā)電機(jī)組的散熱需求，就會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)工作溫度過高的問題。電網(wǎng)超負(fù)荷多發(fā)生在用電高峰時段或調(diào)峰時段。發(fā)電機(jī)在高溫狀態(tài)下工作容易加速機(jī)組的老化和故障，同時還會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率和電能轉(zhuǎn)化率降低，從而影響電廠的發(fā)電效益。此外，發(fā)電機(jī)組內(nèi)部發(fā)生機(jī)械故障，也會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組內(nèi)部在運(yùn)行狀態(tài)下升溫較快。一般發(fā)電機(jī)組內(nèi)部機(jī)械故障造成的機(jī)組過熱為突發(fā)性的，伴隨著干點(diǎn)機(jī)組電氣故障或測量回路的故障。如軸承損壞、鍵槽損壞、內(nèi)部線路短路等，都會造成局部發(fā)熱，機(jī)組內(nèi)部升溫較快，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組工作時出現(xiàn)溫度過高的問題。

（三）備用電源切換不暢

為應(yīng)對發(fā)電廠運(yùn)行中的突發(fā)事件及一些不可控因素造成的電源故障問題，發(fā)電廠都設(shè)置備用電源。備用電源在自動化切換過程中會由于電壓變化的原因造成切換不暢的問題?；蛴捎陔姍C(jī)電壓與電源電壓不匹配，造成電源切換啟動潮濕，從而導(dǎo)致電源自動化切換不暢。此外，備用單元在連接電氣設(shè)備時本身會發(fā)生母線電壓增大的問題，而電機(jī)電壓在電源切換過程中為電壓衰減的過程，此時，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在發(fā)生連鎖反應(yīng)狀態(tài)下會發(fā)生紊亂，表現(xiàn)為備用電源自動切換不暢的問題。

（四）發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓波動

發(fā)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際電壓與額定電源存在較大的差值時，會造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動。此外，發(fā)電機(jī)電壓不穩(wěn)還會造成供電不穩(wěn)定、供電線路電路等問題，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)生直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)電機(jī)額定電壓與實(shí)際運(yùn)行電壓相差5%時，會影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及做工情況。發(fā)動機(jī)實(shí)際電壓低于額定電壓5%時，定子繞組鐵芯會發(fā)生工作不飽和狀態(tài)，引起震蕩、失步異常。同時，還會對關(guān)聯(lián)負(fù)載設(shè)備造成電壓波動異常、定子繞組工作溫度異常等問題。當(dāng)發(fā)動機(jī)實(shí)際電壓高于額定電壓5%時，轉(zhuǎn)子、電機(jī)勵磁中的電流增多，轉(zhuǎn)子工作負(fù)荷加大，造成工作溫度異常升高。轉(zhuǎn)子長期工作溫度較高會加速老化速度，從而縮短使用壽命。

（五）操作不規(guī)范

發(fā)電廠電氣運(yùn)行一些需要依靠人為操作的設(shè)備，在操作管理過程中會因?yàn)椴僮鞑灰?guī)范或操作流程的錯誤，引發(fā)電氣設(shè)備故障或人員傷亡等安全事故。發(fā)電廠設(shè)備人為操作不規(guī)范的問題多發(fā)于高壓開關(guān)柜、隔離開關(guān)合閘、接地線處理等操作流程較為復(fù)雜的設(shè)備管理中。此外，出人為對設(shè)備操作不規(guī)范問題外，在發(fā)電廠電氣設(shè)備管理中還存在對設(shè)備操作記錄不全，或記錄不符合標(biāo)準(zhǔn)，或記錄不詳細(xì)、記錄不準(zhǔn)確等問題。設(shè)備操作記錄中存在的問題會成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行后續(xù)操作及故障維修的障礙。

二、發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障的原因

（一）設(shè)備老舊化

發(fā)電廠電氣設(shè)備隨著運(yùn)行年限的增加，設(shè)備電氣元件及線路難免會發(fā)生機(jī)械磨損、線路老化等問題，導(dǎo)致電氣設(shè)備整體因老舊化問題表現(xiàn)出運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定的問題。老舊化的設(shè)備相對于新設(shè)備而言，故障的發(fā)生率更高。由于電氣設(shè)備老舊化問題，還會帶來電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中電壓的變化，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)運(yùn)行的工作狀態(tài)、電源性能、設(shè)備運(yùn)行安全、系統(tǒng)穩(wěn)定性等等的問題。由于電氣系統(tǒng)運(yùn)行中電氣設(shè)備的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，一些電氣設(shè)備的老舊化問題還會給其他電氣設(shè)備運(yùn)行造成負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致其他電氣設(shè)備運(yùn)行壽命縮短，故障發(fā)生率增高，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性變差。在電氣設(shè)備老舊化問題較為嚴(yán)重的發(fā)電廠，設(shè)備的老舊化問題是造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行混亂及影響電氣接地安全的重要原因之一。

（二）線路絕緣性能降低

電氣設(shè)備線路良好的絕緣性能時保證電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的關(guān)鍵。一部分電氣設(shè)備的絕緣層因?yàn)槭褂媚晗掭^長，或因?yàn)闄C(jī)械損壞，或因?yàn)殡姎庠O(shè)備運(yùn)行故障連鎖反應(yīng)等問題，表現(xiàn)為線路絕緣性能降低，電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性也因此降低，電氣運(yùn)行的系統(tǒng)性故障發(fā)生率就會上升。

（三）發(fā)動機(jī)電壓異常

發(fā)動機(jī)是發(fā)電廠的核心設(shè)備之一。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)對發(fā)電廠電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有著直接的影響。當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生電壓異常時，相關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備運(yùn)行都會發(fā)生一系列的變化。最常見的是對電源性能、電氣接地、轉(zhuǎn)子、定子等造成的工作狀態(tài)的變化。如備用電源切換滯后、定子工作不飽和、轉(zhuǎn)子工作溫度異常、電氣保護(hù)接地失效等問題。因此，發(fā)動機(jī)電壓異常也是電氣設(shè)備運(yùn)行故障的根源性原因之一。

（四）電氣設(shè)備接地問題

規(guī)范合理的電氣接地是提升發(fā)電廠電氣運(yùn)行安全的重要保障。發(fā)電廠的接地包括直流接地、交流接地兩種處理。在接地處理上，多見接地保護(hù)未到預(yù)期效果，進(jìn)而導(dǎo)致接地線路對電氣設(shè)備在電氣運(yùn)行故障問題時保護(hù)失效，難以為此電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。接地問題中最常見的包括接地短路、電機(jī)繞組與外殼發(fā)生接觸不良問題、接地絕緣線路老化或損壞、接地裝置銹蝕等問題。部分發(fā)電廠還存在一些不正確的接地方式，成為電氣運(yùn)行故障發(fā)生的誘因之一。

三、發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障的預(yù)防策略

（一）強(qiáng)化地線設(shè)計的合理性

發(fā)電廠在規(guī)劃建設(shè)電力系統(tǒng)時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)接地線設(shè)計的合理性。火力發(fā)電廠、水利發(fā)電廠、光伏發(fā)電廠、風(fēng)能發(fā)電場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)存在差異性，在接地線路的設(shè)計上應(yīng)根據(jù)不同發(fā)電類型及發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計不同形式的接地線路。如火力發(fā)電廠更適合環(huán)路式接地線路。此外，接地線路設(shè)計上應(yīng)合理的選擇直流接地或交流接地。不同電氣設(shè)備的接地處理，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的保護(hù)需求設(shè)計接地線路，正確的選擇工作接地、保護(hù)接地。對于配電系統(tǒng)部分，應(yīng)增加重復(fù)接地點(diǎn)的數(shù)量，來保證人員的安全性。

（二）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行的溫度監(jiān)測及冷卻

鑒于發(fā)電機(jī)溫度異?？赡芤鸬囊幌盗须姎膺\(yùn)行故障問題，發(fā)電站需要加強(qiáng)對于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行溫度的監(jiān)測，同時優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行實(shí)際需求選擇冷卻裝置型式。在風(fēng)冷裝置能夠滿足發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的散熱需求時，優(yōu)先選擇風(fēng)冷系統(tǒng)。對于發(fā)電功率較大的發(fā)電機(jī)組，則建議選擇優(yōu)先水冷系統(tǒng)的冷卻裝置。此外，還要加強(qiáng)對冷卻系統(tǒng)的運(yùn)維管理，檢查冷卻系統(tǒng)是否存在漏液、冷卻液不足等問題。要及時排除冷卻系統(tǒng)的問題，保障發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，以免造成發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中內(nèi)部散熱不佳，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時異常升溫。

（三）做好電氣設(shè)備運(yùn)維檢修和信息化管理

電氣設(shè)備及其線路都有一定的生命周期。隨著使用時間的增長，設(shè)備電氣元?dú)饧熬€路難免會發(fā)生老化或機(jī)械損壞。如電氣元件磨損、絕緣層破損等問題。這些小問題經(jīng)年累月就成為電氣運(yùn)行故障的根源所在。針對小問題和潛在的故障隱患，預(yù)防的關(guān)鍵在于及時檢修和更換老舊或損傷的元件、線路，來保證電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。為了保證發(fā)電廠電氣系統(tǒng)整體檢修的全面性、可靠性，建議采用信息化平臺加強(qiáng)電氣設(shè)備運(yùn)維檢修的動態(tài)化管理，及時上傳運(yùn)維檢修的記錄，來保證電氣運(yùn)行故障檢修記錄的可追溯性。有了完整的電氣設(shè)備運(yùn)維檢修的記錄，還可以利用大數(shù)據(jù)分析電氣設(shè)備及電氣元件運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)故障預(yù)警或檢修提示，電氣設(shè)備元器件及線路損壞之前及時更換新的元器件，保持電氣設(shè)備運(yùn)行能有一個良好的狀態(tài)，主動的預(yù)防電氣運(yùn)行的故障問題。

（四）穩(wěn)定電壓

發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障多發(fā)生在電壓不穩(wěn)的狀態(tài)下。頻繁的電壓不穩(wěn)極易增加電網(wǎng)符合，造成電氣系統(tǒng)電壓電流波動，進(jìn)而導(dǎo)致電氣設(shè)備元件或線路燒毀，及其他故障的發(fā)生。因此，穩(wěn)定電壓是預(yù)防電氣運(yùn)行故障的重要途徑之一。發(fā)電廠可以通過為電氣設(shè)備加裝各類保護(hù)裝置，作為電壓不穩(wěn)定時對電氣設(shè)備的保護(hù)。通過應(yīng)用保護(hù)裝置，在發(fā)生額定電壓值與實(shí)際電壓差值較大時啟動自動保護(hù)裝置，避免電氣運(yùn)行故障的發(fā)生。在電氣保護(hù)裝置設(shè)計或選擇上，可以增加智能感應(yīng)裝置，或選擇智能監(jiān)測或預(yù)警效果較好的安全保護(hù)裝置，來提升電氣系統(tǒng)整體的故障預(yù)警功能。此外，還需要根據(jù)實(shí)際情況為電氣保護(hù)裝置設(shè)計合理的接地線路，保證保護(hù)裝置線路的安全性及對電氣設(shè)備保護(hù)的有效性。

（五）加強(qiáng)人員培訓(xùn)及管理

發(fā)電廠對于電氣設(shè)備管理人員應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)及綜合素質(zhì)的培訓(xùn)，通知制定標(biāo)準(zhǔn)化的電氣系統(tǒng)操作流程和操作規(guī)范。對于人員的培訓(xùn)工作要與發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的建設(shè)與規(guī)劃同步。在引進(jìn)新設(shè)備、新技術(shù)時，務(wù)必就新設(shè)備、新技術(shù)的操作管理對管理人員做系統(tǒng)的培訓(xùn)，來保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行管理的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)防因人員操作不規(guī)范而導(dǎo)致的運(yùn)行故障或潛在的安全隱患的發(fā)生。

四、發(fā)電廠電氣運(yùn)行的常見故障及應(yīng)對處理

（一）設(shè)備傳輸線路故障

設(shè)備傳輸線路故障不僅影響著電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命，還威脅著人身安全。常見的設(shè)備傳輸線路故障有絕緣層破損、短路、斷路、機(jī)械磨損、腐蝕等問題。針對設(shè)備傳輸線路故障，為不同的電氣設(shè)備設(shè)置智能傳感器，加強(qiáng)日常維護(hù)及監(jiān)測，利用報警信號的警示及時檢查線路問題。對于老舊線路或輕微損壞線路問題的，應(yīng)及時更換或維修處理，保證線路絕緣層的完整、絕緣性能良好，線路運(yùn)行通暢，以免應(yīng)絕緣不佳導(dǎo)致線路間發(fā)生短路、短路或摩擦起火花等問題。

（二）發(fā)動機(jī)故障

1.溫度過高。

發(fā)電機(jī)溫度過高多見于機(jī)械能轉(zhuǎn)熱能的過程中內(nèi)部散熱不佳，進(jìn)而引發(fā)的一系列電氣系統(tǒng)運(yùn)行故障。針對這類故障，首先應(yīng)查找原因。一般情況分為兩大原因。第一時發(fā)電機(jī)自身負(fù)荷狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行時間較長；第二是冷卻系統(tǒng)損壞或冷卻效果不佳。針對發(fā)電機(jī)自身運(yùn)行負(fù)荷，設(shè)計合理的發(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時間及檢修時間。同時，還應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)組的周期性運(yùn)行維護(hù)和溫度測定。在測定溫度偏差較大的情況需要及時調(diào)整運(yùn)行時間，降低機(jī)組運(yùn)行符合。對于冷卻系統(tǒng)監(jiān)測出效果不佳或故障損壞，應(yīng)及時維修處理。檢修人員應(yīng)及時補(bǔ)充冷卻液，做好冷卻塔的維護(hù)與保養(yǎng)。

2.滑環(huán)碳刷冒火。

滑環(huán)碳刷冒火多發(fā)于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行年限較長及滑環(huán)碳使用時間較長而發(fā)橫的元件老舊化問題所表現(xiàn)從故障。針對該問題，根據(jù)不同滑環(huán)碳刷的維修保護(hù)記錄，及時的更換發(fā)生磨損、侵蝕等輕微損壞的滑環(huán)碳刷。在更換滑環(huán)碳刷時，檢查好碳刷的型號、阻值，保證碳刷電流的一致性。

3.電壓波動。

針對電壓波動，需要加強(qiáng)發(fā)電機(jī)及定期系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測，監(jiān)測各個設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的電壓、電流，并利用自動報警系統(tǒng)針對設(shè)置實(shí)際電壓與額定電壓的最大差值。在發(fā)生超過設(shè)定電壓差值的范圍時，系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警，并提示管理人員針對電壓波動做出反應(yīng)。管理人員在監(jiān)測到電壓異常時，需要及時檢查電氣系統(tǒng)各個設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，查找問題或故障，及時排除問題，盡快是電氣系統(tǒng)電壓維持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

（三）設(shè)備接地故障

對于設(shè)備接地裝置及接地故障，應(yīng)根據(jù)原因做好接地裝置的防銹蝕處理，定期檢修接地線路是否發(fā)生絕緣損壞或磁場干擾，及時檢修損壞線路，排除磁場干擾或增加電磁干擾裝置，降低電磁干擾對接地線路的不良影響。

（四）備用設(shè)備故障

對于備用設(shè)備，應(yīng)定期檢測線路是否存在接觸不良或元件損壞等問題（如下圖1）。要及時排除備用設(shè)備的線路及電氣元件隱患，保證備用設(shè)備運(yùn)行的安全可靠，隨時可進(jìn)入安全工作狀態(tài)，并支持電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對于備用電源切換問題，針對電氣電氣系統(tǒng)運(yùn)行及電源切換實(shí)際需求選擇電源切換方式，設(shè)計合理的電源切換等待時間，保證備用電源自動切換順暢。

五、結(jié)語

在我國的電力系統(tǒng)建設(shè)及安全運(yùn)行管理中，電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性始終放在第一位。電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行不僅能夠保護(hù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，延長發(fā)動機(jī)及其他電氣設(shè)備的使用壽命，而且還能保證穩(wěn)定、高效的電力輸出，提升發(fā)電廠發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。在發(fā)電廠電氣運(yùn)行日常管理中，應(yīng)該制定精細(xì)化管理制度，加強(qiáng)人員培訓(xùn)及管理，規(guī)范人員度電氣設(shè)備運(yùn)行的操作及管理，使工作人員能夠及時的發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行的安全隱患和問題，并及時針對相關(guān)故障問題，進(jìn)行原因分析及問題判斷，根據(jù)常見故障處理方法對各類常見問題及時應(yīng)對處理故障。此外，針對可能誘發(fā)電氣系統(tǒng)運(yùn)行故障的接地隱患問題、備用電源切換不暢問題、發(fā)電機(jī)電壓不穩(wěn)、工作時溫度異常問題的影響因素加強(qiáng)監(jiān)測和控制，及時排除誘發(fā)電氣系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的因素，預(yù)防電氣設(shè)備常見故障的發(fā)生或?qū)收献龀黾皶r精準(zhǔn)的干預(yù)，來保證發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。