發電廠電氣設備運行故障及應對措施論文
摘要：從備用電源自動切換故障、發電機溫度過高、電氣設備接地故障、電氣設備電壓超載故障等方面，對發電廠電氣設備的常見運行故障作了綜合分析，闡述了電氣設備的故障原因、故障影響等，并提出了一系列應對措施，包括冷卻手段合理化、完善電氣設備的定期運維工作、實時監控維系電壓穩定、優化接地線結構等，以此降低故障發生的概率。
關鍵詞：發電廠；電氣設備；運行維護；故障
以火力發電為例，發電廠主要由鍋爐及其附屬設備、汽輪機及其附屬設備、發電機及勵磁系統、電能變換部分等構成。其中，后兩個部分涉及大量電氣設備，是發電廠運維檢修的重點。本文將剖析發電廠電氣設備的常見故障，并提出針對性措施，以期為提升發電廠電力生產的可靠性提供借鑒。
1發電廠電氣設備常見故障分析
發電廠是將化石能源轉化為符合傳輸要求的電能的單位。發電廠的工作主流程為供用電流程，涉及的電氣設備有發電機、變壓器等。此外，發電廠的正常運轉還需要廠用電流程的支撐，廠用電流程用于場內綜自設備、繼保設備等的控制以及照明、事故應急等場合[1]，其涉及的設備有配電器、開關等。由于發電廠設備振動大、磨損快，環境中粉塵多，因此電氣設備出現故障的概率較大，需要作細致分析。
1.1備用電源自動切換故障
為應對各類不確定情況，在發電廠廠用電流程設計中往往引入備用電源。例如，為保障發電機的持續、穩定運轉，其驅動系統一般是雙路供電（一主一備）。根據電壓等級，備用電源一般可劃分為高、低壓兩種類型。鑒于發電機在發電廠的重要地位，現主要就發電機備用電源切換異常造成的影響進行闡述。發電機備用電源選型方面的考量因素[2]有：（1）發電機容量；（2）控制模式；（3）發電機數量；（4）接線模式。由此可見，給發電機配置備用電源是一項復雜工作，若配置不當，會引發各種問題。（1）備用電源啟動是需要時間的，對于發電機這類高速運轉的設備體系，一旦失去主供電源，相關設備個體將立即轉入降速運轉態勢，且降速幅度與啟動所需時間呈正相關。（2）如果啟動時間超過額定值，就會導致鍋爐不能正常運轉（受相關電氣設備減速影響），嚴重情況下甚至導致發電機不能再次運轉。（3）由于突然加壓對發電機不利，即使備用電源在額定時間內接入母線運轉，也有可能引起電機故障。
1.2發電機溫度過高
發電機的持續工作周期一般較長，長期持續運轉必然耗費大量金屬（鐵/銅），并附帶產生大量熱能，這樣就可能使相關電氣設備累積熱能而導致溫度驟升[3]，長此以往將有損該電氣設備的'表層絕緣體（老化加快），最終致使電氣設備的運行年限縮減。根據相關研究，以上過程的進展速度與設備溫度呈正相關，特別當溫度越過臨界點溫度后，老化速度加快，不但對發電機正常運轉造成威脅，還可能引發人身安全事故。
1.3電氣設備接地故障
對電氣設備作接地處理是保障設備正常運行和作業人員安全的必然措施，但接地體系若出現短路故障，將帶來很大的安全隱患。發電廠接地故障主要形式有：（1）直流接地故障。當直流發生接地故障但不短路時，因其熔斷器不會熔斷，使檢修人員誤認為一切正常，忽視相關操作注意點，導致故障擴大。（2）交流接地故障。如電動機繞組受潮而形成的接地故障。（3）接地失效。當前的接地材料和接引線以扁鋼為主，而扁鋼在長期運行后會出現腐蝕及磨損現象，可能造成接地失效。
1.4電氣設備電壓超載故障
穩定合理的電壓值對電氣設備效能的發揮至關重要。一般要求電壓波動不超過額定值的5%。對于發電機設備體系來說：（1）當電壓高于額定值時，勵磁會提高（因設備容量發生變動），促使轉子電流加大，這樣就進一步增強溫升效應，從而帶來加速老化和鐵/銅損耗增加等不利后果。（2）當電壓低于額定值時，繞組鐵芯等發電機部件的穩定性變差，表現為不能正常運轉，導致機組異常振動。電壓過低還會引發相關機械設施的非正常運轉。
2應對措施
2.1冷卻手段合理化
為杜絕因熱量累積而造成的溫升效應，必須及時排出發電機設備體系的熱量，并引入有效的冷卻手段。根據運行統計，當前用于發電廠的主要冷卻手段有：（1）水內冷卻方式。該方法使用簡便、安全穩定，且散熱性能良好，一般被用于發電量較大的發電機組中。（2）氫氣冷卻方式。H2密度小，用其作為熱量載體將取得非常好的散熱效果，同時無需在通風設備中投入較多資金，但H2極易可燃，存在一定安全隱患（發電廠是高溫工作環境）。（3）密閉式空氣冷卻方式。該方式以相對封閉的環境作為冷卻工作環境，可以顯著減少冷卻介質與外界的接觸，這樣就能避免系統堵塞，充分發揮冷卻功能。該方式宜用于發電環境較為復雜的火力發電廠，但是成本相對較高。綜上，不同類別的發電廠可結合自身情況，在科學論證的條件下合理選擇冷卻手段，以提升發電廠綜合效益。
2.2完善電氣設備的定期運檢工作
發電廠電氣設備所出現的備用電源自動跳閘、接地線短路等故障，從根本上來說是運維不到位造成的。因此，首先要梳理相關責任體系（明晰各部門、各崗位職責，責任到個人），完善操作制度（嚴格要求作業人員遵循操作流程），一旦出現非特殊原因設備故障，將追究相關人員的責任。其次要切實履責電氣設備的定期運檢工作：（1）在日常巡視中，一旦發現設備故障征兆或隱患苗頭，應合理安排設備運行方式，對其進行及時有效的處置，并做好檢修記錄；（2）對于暫時完好的設備，要按規定做好養護工作，以縮減維修頻率；（3）引進高科技檢測手段，如紅外檢測、在線監測等，嘗試狀態檢修模式。對于故障的緊急處理：（1）若為母線短路等內部故障，經細致檢查后未檢出問題，則可重啟主電源；（2）若為外部故障，則應將電氣設備隔離后再行處置。
2.3依托實時監控維系電壓穩定
穩定、合規的電壓對于發電機等電氣設備的安全可靠運行起著不可替代的作用。但電壓變化只在瞬息之間，且引發電壓不穩的因素較多，很難一一把控。因此，必須對關鍵點的電壓實施在線實時監控。一旦出現電壓超限報警，應立即對相關電氣設備的運行工況進行查驗，若發現確實存在運行異常，可根據事先編制的應急處置條例酌情切除部分負載，以使電壓回歸正常水平。當情況較為嚴重時，則應直接拉閘主電源，以保障設備和人身安全。另外，為了達到智能化處置要求，應該給重要電氣設備增配電壓保護裝置。例如，對直流系統蓄電池充電模塊中的高頻整流開關增配失壓脫扣裝置，可在全廠失電后恢復廠用電的情況下避免燒毀充電模塊（全廠失電后恢復廠用電過程中，直流充電模塊除了承擔蓄電池充電任務外，還要承載直流油泵的工作電流，可能會因負載過大而燒毀）。
2.4優化接地線結構
雖然接地故障占據發電廠電氣設備故障的比例較大，但對電氣設備設計接地線是為了保護設備及工作人員的安全，不能予以更改。為了盡可能避免接地故障的發生，一個行之有效的措施就是優化接地線結構。例如，采用環路式接地線結構。該結構的優勢是某一接地線發生故障不會影響其他線路的正常運轉，能大幅提升設備運行的安全性（實際就是最大限度地降低了接地故障造成的影響）。另外，為了提升電氣設備運維的智能化水平，宜給電氣設備增配接地線報警裝置，以實現對接地線情況的實時監控和故障快速排查。
3結語
發電廠內電氣設備的安全、可靠運行對保證電力生產的穩定性具有重要意義，發電廠應該以運行、檢修的相關大數據統計為依托，對發電廠電氣設備的故障進行詳盡分析，并找到應對措施，以不斷提升發電廠電力生產的效率，為“多供電、供好電”戰略目標的實現貢獻力量。
［參考文獻］
[1]郭啟祿，張坤.發電廠電氣設備運行中常見故障及應對措施[J].科技經濟市場，2015，12（1）：113-114.
[2]郭景峰，楊彬.關于發電廠電氣運行中常見故障的研究[J].科技資訊，2013，8（28）：88-90.
[3]范紅剛.發電廠電氣運行過程中的常見故障及應對措施[J].科技視界，2014，21（34）：336-337.
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