火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障的原因及應(yīng)對(duì)策略

朱鵬超

摘要：現(xiàn)階段，在我國(guó)電力能源供應(yīng)中火力發(fā)電廠占據(jù)重要地位，而大型機(jī)組設(shè)備的應(yīng)用促進(jìn)了火電廠發(fā)電效率顯著提升。但在多方面因素的影響下，電氣設(shè)備運(yùn)行不可避免地出現(xiàn)故障異常，要及時(shí)采取有效措施加強(qiáng)運(yùn)行故障防控，降低電氣運(yùn)行故障對(duì)火電廠發(fā)電質(zhì)量、效率的影響。本文從火電廠電氣運(yùn)行故障的原因分析入手，闡明電氣設(shè)備運(yùn)行故障預(yù)防的具體策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣設(shè)備；運(yùn)行故障

DOI：10.12433/zgkjtz.20232840

我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行水平受到火電廠電氣運(yùn)行是否可靠、穩(wěn)定的直接影響，而在火電廠機(jī)組容量逐年增長(zhǎng)的背景下，受到運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備自身、操作行為等影響，導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行階段頻繁出現(xiàn)故障問(wèn)題。為避免故障頻發(fā)威脅到火電廠的可持續(xù)運(yùn)行，需要采用科學(xué)的策略提升火電廠電氣設(shè)備的維護(hù)水平，為我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

一、火電廠電氣設(shè)備概述

作為我國(guó)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)，火電廠電氣設(shè)備組成具有多樣化、復(fù)雜化的特征，具體電氣構(gòu)成包括電抗器、引出線、發(fā)電機(jī)、電源、配電設(shè)備、電池、廠用接線、主接線、通信設(shè)備等。在火電廠實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電氣系統(tǒng)不僅是相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定使用的基礎(chǔ)保障，也在提升電能供應(yīng)穩(wěn)定性中發(fā)揮著重要作用。通常情況下，火電廠發(fā)電要經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的工藝流程，先通過(guò)化學(xué)能轉(zhuǎn)換將燃料轉(zhuǎn)化為熱能，汽輪機(jī)在蒸汽壓力的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換?；痣姀S發(fā)電流程較復(fù)雜，相關(guān)電氣設(shè)備極易在運(yùn)行階段出現(xiàn)故障異常，進(jìn)而影響電能正常轉(zhuǎn)換。

二、火電廠電氣運(yùn)行故障成因

（一）發(fā)電機(jī)溫度異常

通常情況下，火電廠在供電期間發(fā)電機(jī)需維持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)中鐵銅線路在損耗期間會(huì)產(chǎn)生高熱量。如果升溫過(guò)程較快，極易對(duì)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。同時(shí)，發(fā)電機(jī)絕緣層在持續(xù)高溫下?lián)p耗、老化速度加快，如果未做到定期檢修維護(hù)，會(huì)增大發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障異常的概率。另外，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行期間受到高溫的持續(xù)影響，會(huì)影響其他構(gòu)件的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）電氣接地問(wèn)題

現(xiàn)階段火電廠運(yùn)行是否安全，與電氣接地設(shè)施的管控直接相關(guān)。而在用電需求持續(xù)增高的背景下，火電廠面臨更高的電壓與負(fù)荷要求，其中，短路故障的出現(xiàn)不僅會(huì)影響火電廠電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。以接地類型為基準(zhǔn)，將故障劃分為交流接地與直流接地故障。對(duì)于交流接地故障的形成，主要是繞阻出現(xiàn)異?；蛟谶\(yùn)行階段發(fā)電機(jī)機(jī)殼在某些因素的影響下存在受潮問(wèn)題，再加上絕緣層老化嚴(yán)重現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率增加。

（三）備用電源切換問(wèn)題

為保證火電廠設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，需依據(jù)發(fā)電需求合理設(shè)置備用電源，確保發(fā)電機(jī)組不受電源斷電等問(wèn)題影響。一般情況下，大部分火電廠以自動(dòng)切換為備用電源主要切換方案，而在實(shí)際切換處理過(guò)程中，備用電源會(huì)在自動(dòng)切換時(shí)形成時(shí)間差，成為電氣運(yùn)行故障的導(dǎo)火索。以火電廠斷電為前提，即使發(fā)電機(jī)在斷電狀態(tài)下仍會(huì)保持高轉(zhuǎn)速狀態(tài)。

（四）電壓數(shù)據(jù)超出限定范圍

火電廠電能供應(yīng)質(zhì)量與發(fā)電設(shè)備電壓值控制之間存在密切關(guān)聯(lián)，如果運(yùn)行階段出現(xiàn)電壓過(guò)高、過(guò)低情況，均會(huì)對(duì)火電廠供電質(zhì)量以及用戶體驗(yàn)度產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)電壓值超出標(biāo)準(zhǔn)值后，發(fā)電機(jī)容量會(huì)在長(zhǎng)期高壓的影響下無(wú)法保持穩(wěn)定控制，在勵(lì)磁裝置的增設(shè)前提下，轉(zhuǎn)子繞組因電流增大導(dǎo)致溫度持續(xù)增高，造成電氣運(yùn)行受燃組老化影響而出現(xiàn)故障。同時(shí)，鐵芯在運(yùn)行期間會(huì)受溫度增加的影響導(dǎo)致?lián)p耗增大，繼而增加出現(xiàn)運(yùn)行故障的概率。如果發(fā)電機(jī)組電壓處于額定電壓范圍下，會(huì)影響火電廠發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性控制，如果發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵芯極易出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，其并列運(yùn)行會(huì)在電壓過(guò)低的情況下出現(xiàn)異常。

三、火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行故障的應(yīng)對(duì)策略

（一）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)冷卻處理

為避免高溫狀態(tài)下發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)受到較大影響，要結(jié)合發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況，采取有效措施控制發(fā)電機(jī)熱量，確保發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)不受持續(xù)高溫的影響。同時(shí)結(jié)合對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行情況的分析，選擇合適的發(fā)電機(jī)冷卻方法。目前，常用冷卻技術(shù)包括：

1.水內(nèi)冷卻工藝

水內(nèi)冷卻在發(fā)動(dòng)機(jī)降溫處理中可發(fā)揮強(qiáng)散熱、高冷卻的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)溫度的有效控制。但需要注意的是，該冷卻工藝存在水資源浪費(fèi)、能耗過(guò)大等問(wèn)題。對(duì)此，可采取基于中水的循環(huán)冷卻水技術(shù)，在保證發(fā)電機(jī)冷卻效果的前提下，通過(guò)中水處理提升資源利用率。以某火電廠為例，為進(jìn)一步體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，采取MBR膜處理冷卻水循環(huán)工藝，即利用膜分離來(lái)取代火電廠以往生化工藝，利用生化反應(yīng)池與超濾單元實(shí)現(xiàn)對(duì)中水的有效凈化處理，進(jìn)而為發(fā)電機(jī)冷水系統(tǒng)的有效應(yīng)用提供保障。

2.密閉式空氣冷卻

該技術(shù)的應(yīng)用主要借助封閉循環(huán)系統(tǒng)降低溫度，避免絕緣系統(tǒng)受到高溫的影響過(guò)度老化。

3.氫氣冷卻

該方法是對(duì)發(fā)電機(jī)通風(fēng)利用氫氣控制損耗，進(jìn)而在加強(qiáng)供電效率控制的同時(shí)，避免發(fā)電機(jī)持續(xù)高溫導(dǎo)致故障概率增大。通常情況下，氫氣系統(tǒng)組成涉及供氫系統(tǒng)、氫氣干燥裝置、供二氧化碳裝置、漏油漏水檢測(cè)裝置等。

通常情況下，發(fā)電機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)行受氫氣含水量的直接影響，可借助氫氣干燥器的應(yīng)用，將水分控制在一定范圍內(nèi)。對(duì)于氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，是在發(fā)電機(jī)冷凝式氫氣去濕裝置中安裝循環(huán)風(fēng)機(jī)。為避免氫氣泄漏威脅到現(xiàn)場(chǎng)安全，要將氫氣濃度檢測(cè)裝置安設(shè)于冷水、氫冷水、發(fā)電機(jī)等位置，以期在運(yùn)行階段及時(shí)報(bào)告氫氣泄漏的情況。

（二）電氣接地有效控制

為避免電力故障出現(xiàn)威脅到人員安全，需通過(guò)對(duì)接地故障的有效預(yù)防、處理促使火電廠電氣系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。鑒于此，在電氣系統(tǒng)維護(hù)管理過(guò)程中，要結(jié)合以下方面防止接地故障發(fā)生：

第一，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行需求進(jìn)行線路的科學(xué)布設(shè)，在明確各電氣設(shè)備接地標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以相關(guān)制度規(guī)定為參照，進(jìn)行接地的規(guī)范化處理。

第二，在電氣運(yùn)行期間定期測(cè)量接地電阻，判斷接地是否在火電廠發(fā)電過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)接地質(zhì)量的控制，有效規(guī)避電氣故障。

第三，以交流、直流接地的有效區(qū)分為前提，根據(jù)電氣設(shè)備應(yīng)用要求、運(yùn)行工況等進(jìn)行接地設(shè)置，避免由于直流、交流電設(shè)置不合理導(dǎo)致故障發(fā)生概率增加。

第四，要求維護(hù)人員定期檢查接地質(zhì)量，密切觀察接地連接是否始終處于牢固、嚴(yán)密的狀態(tài)，通過(guò)提升接地保護(hù)性能促進(jìn)火電廠電氣系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

第五，加強(qiáng)接地保護(hù)處理，結(jié)合對(duì)防腐銹材料的應(yīng)用保障安全使用。以某火電廠為例，通過(guò)對(duì)接地電線的科學(xué)設(shè)計(jì)為電氣設(shè)備營(yíng)造安全運(yùn)行環(huán)境，并結(jié)合對(duì)設(shè)備運(yùn)行要求的分析，接地材料選擇以扁鋼為主，規(guī)格控制在40×4mm。在接地處理時(shí)，要求相關(guān)人員開(kāi)展土壤檢測(cè)作業(yè)，依據(jù)酸堿度檢測(cè)結(jié)果判斷接地銹蝕問(wèn)題的出現(xiàn)概率，并在布設(shè)時(shí)結(jié)合對(duì)防腐蝕材料的涂抹提升接地裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，避免接地銹蝕過(guò)于嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行。在火電廠電氣運(yùn)行期間，維護(hù)人員要密切關(guān)注接地生銹情況，及時(shí)更換生銹接地線，保障電氣設(shè)備安全運(yùn)行。

（三）加強(qiáng)設(shè)備檢修管理

火電廠電氣運(yùn)行故障發(fā)生與檢修維護(hù)管理之間存在密切關(guān)聯(lián)，要從檢修維護(hù)的優(yōu)化開(kāi)展入手，分析電氣檢修維護(hù)的重要性，結(jié)合對(duì)完善設(shè)備檢修制度的構(gòu)建，要求相關(guān)人員以制度規(guī)定為參照，定期檢查電氣設(shè)備。為避免出現(xiàn)人員態(tài)度不端正、不負(fù)責(zé)的情況，應(yīng)重視對(duì)電氣設(shè)備檢修維護(hù)職責(zé)的明確劃分與落實(shí)。在實(shí)際電氣檢修維護(hù)中，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況，設(shè)置專業(yè)隊(duì)伍，要求人員全面記錄檢修、維護(hù)過(guò)程，進(jìn)而為后續(xù)管理與維護(hù)工作的有效開(kāi)展提供支撐。如果條件允許，火電廠可積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)，并借助專用輔檢設(shè)備精準(zhǔn)、客觀掌握設(shè)備運(yùn)行情況，依托計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)采集與分析電氣設(shè)備參數(shù)，并依據(jù)分析結(jié)果判斷火電廠是否存在電氣運(yùn)行故障，進(jìn)而加強(qiáng)故障診斷精準(zhǔn)性控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電氣運(yùn)行故障，減少運(yùn)行故障對(duì)火電廠安全運(yùn)行的影響。

（四）強(qiáng)化電氣設(shè)備電壓穩(wěn)定控制

火電廠電氣系統(tǒng)運(yùn)行期間，電壓穩(wěn)定控制是抑制電氣設(shè)備熱量增高的主要手段，避免電氣元件在持續(xù)高溫下老化、損耗過(guò)快。鑒于此，可借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備電壓進(jìn)行全過(guò)程、動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，結(jié)合傳感器的增設(shè)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓情況的全過(guò)程監(jiān)控，幫助管理人員全面掌握電壓變化情況。如果運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)電壓報(bào)警，要第一時(shí)間分析成因并定位故障位置，采取針對(duì)性措施排除故障，避免因電壓異常時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

（五）強(qiáng)化人員專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)

維護(hù)人員素質(zhì)水平會(huì)直接關(guān)系火電廠電氣設(shè)備維護(hù)水平，在電氣設(shè)備檢修維護(hù)工作復(fù)雜、流程繁瑣、設(shè)備較多等因素的影響下，對(duì)設(shè)備維護(hù)人員的配備提出更高要求，為確保維護(hù)隊(duì)伍的建設(shè)符合電氣維護(hù)要求，避免人為因素發(fā)生電氣運(yùn)行故障，要在檢修維護(hù)工作期間落實(shí)以下策略：

第一，加強(qiáng)人員素質(zhì)培養(yǎng)。在明確掌握管護(hù)人員素質(zhì)基礎(chǔ)的前提下，積極開(kāi)展關(guān)于電氣檢修知識(shí)、理論、技巧等培訓(xùn)，幫助管護(hù)人員加深對(duì)設(shè)備構(gòu)造、原理、特點(diǎn)等的掌握。同時(shí)，針對(duì)設(shè)備典型故障案例進(jìn)行模擬講解，讓管護(hù)人員掌握更多管護(hù)故障預(yù)防、處理的經(jīng)驗(yàn)。

第二，在隊(duì)伍建設(shè)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)準(zhǔn)入門檻的把控，除具備扎實(shí)知識(shí)基礎(chǔ)、豐富經(jīng)驗(yàn)，還需重視對(duì)人員職業(yè)道德、專業(yè)素養(yǎng)等方面的考核，通過(guò)高素質(zhì)隊(duì)伍建設(shè)提升火電廠電氣運(yùn)行穩(wěn)定性，更好地預(yù)防電氣運(yùn)行故障。

（六）完善電氣運(yùn)維體系

盡管大部分電氣故障為突發(fā)性，但多由于長(zhǎng)期積累導(dǎo)致。鑒于此，火電廠可構(gòu)建預(yù)防性維護(hù)體系，以預(yù)防性維護(hù)手段取代以往事后預(yù)防模式。在實(shí)際電氣維護(hù)過(guò)程中，明確維護(hù)部門職責(zé)，根據(jù)電氣系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀制定預(yù)防性檢修計(jì)劃、流程，要求人員以相關(guān)制度為參照，在運(yùn)行階段定期檢修、檢測(cè)。同時(shí)，結(jié)合不定期問(wèn)題檢修的開(kāi)展加強(qiáng)電氣故障預(yù)防，將電氣運(yùn)行故障發(fā)生概率控制在預(yù)期范圍內(nèi)。此外，要求人員提高對(duì)備用電源檢查維修的重視度，通過(guò)定期保養(yǎng)維護(hù)延長(zhǎng)備用電源運(yùn)行年限。如果情況允許，火電廠需視情況設(shè)置獨(dú)立檢修部門，并在人員配備時(shí)，嚴(yán)控專業(yè)能力、綜合素養(yǎng)等。在完善制定維護(hù)體系的前提下，要求人員在電氣運(yùn)行期間定期開(kāi)展大范圍、全方位、整體性檢查工作，并將檢查階段發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問(wèn)題、故障上報(bào)處理，結(jié)合針對(duì)性運(yùn)維方案的制定促使電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

（七）提高智能化程度與專業(yè)技術(shù)

火電廠要想有效規(guī)避與解決運(yùn)行故障，除了加強(qiáng)運(yùn)維工作開(kāi)展外，還要重視對(duì)火電廠運(yùn)行管理的智能化、自動(dòng)化建設(shè)，在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)電方式的前提下，積極借助云技術(shù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等優(yōu)化火電廠管理模式，依托互聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠設(shè)備故障異常的在線檢測(cè)與監(jiān)管，進(jìn)一步提升運(yùn)維管理效率。同時(shí)，結(jié)合運(yùn)維管理要求，借助大數(shù)據(jù)、數(shù)字化等技術(shù)構(gòu)建運(yùn)行故障管理數(shù)據(jù)庫(kù)，并做到在運(yùn)行期間自動(dòng)采集與存儲(chǔ)設(shè)備故障檢修數(shù)據(jù)，為后續(xù)設(shè)備運(yùn)行管理提供支撐。通過(guò)利用智能化管理系統(tǒng)取代人工管控模式，在實(shí)現(xiàn)減少成本資源投入的同時(shí)，避免因管理期間頻繁出現(xiàn)人為失誤問(wèn)題導(dǎo)致火電廠電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的概率增大。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠穩(wěn)定、可靠運(yùn)行不僅是保障民眾安全用電的基礎(chǔ)前提，也是提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵。電氣運(yùn)行故障的出現(xiàn)，輕則因設(shè)備停機(jī)、癱瘓影響發(fā)電質(zhì)量，重則威脅現(xiàn)場(chǎng)人員的生命安全?；诖?，為有效預(yù)防與消除故障，要對(duì)電氣運(yùn)行故障防控必要性有正確認(rèn)知，深度剖析火電廠電氣故障的形成原因，通過(guò)加強(qiáng)冷卻處理、完善預(yù)防性維修體系、強(qiáng)化維護(hù)隊(duì)伍建設(shè)、加強(qiáng)電氣設(shè)備電壓控制、優(yōu)化電氣接地控制、全面開(kāi)展設(shè)備檢修工作等措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣運(yùn)行故障的有效規(guī)避，并為火電廠電氣系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供支撐。

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