發(fā)電廠電氣設(shè)備運行故障及應(yīng)對措施論文
摘要：從備用電源自動切換故障、發(fā)電機溫度過高、電氣設(shè)備接地故障、電氣設(shè)備電壓超載故障等方面，對發(fā)電廠電氣設(shè)備的常見運行故障作了綜合分析，闡述了電氣設(shè)備的故障原因、故障影響等，并提出了一系列應(yīng)對措施，包括冷卻手段合理化、完善電氣設(shè)備的定期運維工作、實時監(jiān)控維系電壓穩(wěn)定、優(yōu)化接地線結(jié)構(gòu)等，以此降低故障發(fā)生的概率。
關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣設(shè)備；運行維護；故障
以火力發(fā)電為例，發(fā)電廠主要由鍋爐及其附屬設(shè)備、汽輪機及其附屬設(shè)備、發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)、電能變換部分等構(gòu)成。其中，后兩個部分涉及大量電氣設(shè)備，是發(fā)電廠運維檢修的重點。本文將剖析發(fā)電廠電氣設(shè)備的常見故障，并提出針對性措施，以期為提升發(fā)電廠電力生產(chǎn)的可靠性提供借鑒。
1發(fā)電廠電氣設(shè)備常見故障分析
發(fā)電廠是將化石能源轉(zhuǎn)化為符合傳輸要求的電能的單位。發(fā)電廠的工作主流程為供用電流程，涉及的電氣設(shè)備有發(fā)電機、變壓器等。此外，發(fā)電廠的正常運轉(zhuǎn)還需要廠用電流程的支撐，廠用電流程用于場內(nèi)綜自設(shè)備、繼保設(shè)備等的控制以及照明、事故應(yīng)急等場合[1]，其涉及的設(shè)備有配電器、開關(guān)等。由于發(fā)電廠設(shè)備振動大、磨損快，環(huán)境中粉塵多，因此電氣設(shè)備出現(xiàn)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(yīng)對各類不確定情況，在發(fā)電廠廠用電流程設(shè)計中往往引入備用電源。例如，為保障發(fā)電機的持續(xù)、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，其驅(qū)動系統(tǒng)一般是雙路供電（一主一備）。根據(jù)電壓等級，備用電源一般可劃分為高、低壓兩種類型。鑒于發(fā)電機在發(fā)電廠的重要地位，現(xiàn)主要就發(fā)電機備用電源切換異常造成的影響進行闡述。發(fā)電機備用電源選型方面的考量因素[2]有：（1）發(fā)電機容量；（2）控制模式；（3）發(fā)電機數(shù)量；（4）接線模式。由此可見，給發(fā)電機配置備用電源是一項復(fù)雜工作，若配置不當，會引發(fā)各種問題。（1）備用電源啟動是需要時間的，對于發(fā)電機這類高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備體系，一旦失去主供電源，相關(guān)設(shè)備個體將立即轉(zhuǎn)入降速運轉(zhuǎn)態(tài)勢，且降速幅度與啟動所需時間呈正相關(guān)。（2）如果啟動時間超過額定值，就會導(dǎo)致鍋爐不能正常運轉(zhuǎn)（受相關(guān)電氣設(shè)備減速影響），嚴重情況下甚至導(dǎo)致發(fā)電機不能再次運轉(zhuǎn)。（3）由于突然加壓對發(fā)電機不利，即使備用電源在額定時間內(nèi)接入母線運轉(zhuǎn)，也有可能引起電機故障。
1.2發(fā)電機溫度過高
發(fā)電機的持續(xù)工作周期一般較長，長期持續(xù)運轉(zhuǎn)必然耗費大量金屬（鐵/銅），并附帶產(chǎn)生大量熱能，這樣就可能使相關(guān)電氣設(shè)備累積熱能而導(dǎo)致溫度驟升[3]，長此以往將有損該電氣設(shè)備的'表層絕緣體（老化加快），最終致使電氣設(shè)備的運行年限縮減。根據(jù)相關(guān)研究，以上過程的進展速度與設(shè)備溫度呈正相關(guān)，特別當溫度越過臨界點溫度后，老化速度加快，不但對發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)造成威脅，還可能引發(fā)人身安全事故。
1.3電氣設(shè)備接地故障
對電氣設(shè)備作接地處理是保障設(shè)備正常運行和作業(yè)人員安全的必然措施，但接地體系若出現(xiàn)短路故障，將帶來很大的安全隱患。發(fā)電廠接地故障主要形式有：（1）直流接地故障。當直流發(fā)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(guān)操作注意點，導(dǎo)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(xiàn)腐蝕及磨損現(xiàn)象，可能造成接地失效。
1.4電氣設(shè)備電壓超載故障
穩(wěn)定合理的電壓值對電氣設(shè)備效能的發(fā)揮至關(guān)重要。一般要求電壓波動不超過額定值的5%。對于發(fā)電機設(shè)備體系來說：（1）當電壓高于額定值時，勵磁會提高（因設(shè)備容量發(fā)生變動），促使轉(zhuǎn)子電流加大，這樣就進一步增強溫升效應(yīng)，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(fā)電機部件的穩(wěn)定性變差，表現(xiàn)為不能正常運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機組異常振動。電壓過低還會引發(fā)相關(guān)機械設(shè)施的非正常運轉(zhuǎn)。
2應(yīng)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(yīng)，必須及時排出發(fā)電機設(shè)備體系的熱量，并引入有效的冷卻手段。根據(jù)運行統(tǒng)計，當前用于發(fā)電廠的主要冷卻手段有：（1）水內(nèi)冷卻方式。該方法使用簡便、安全穩(wěn)定，且散熱性能良好，一般被用于發(fā)電量較大的發(fā)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(fēng)設(shè)備中投入較多資金，但H2極易可燃，存在一定安全隱患（發(fā)電廠是高溫工作環(huán)境）。（3）密閉式空氣冷卻方式。該方式以相對封閉的環(huán)境作為冷卻工作環(huán)境，可以顯著減少冷卻介質(zhì)與外界的接觸，這樣就能避免系統(tǒng)堵塞，充分發(fā)揮冷卻功能。該方式宜用于發(fā)電環(huán)境較為復(fù)雜的火力發(fā)電廠，但是成本相對較高。綜上，不同類別的發(fā)電廠可結(jié)合自身情況，在科學(xué)論證的條件下合理選擇冷卻手段，以提升發(fā)電廠綜合效益。
2.2完善電氣設(shè)備的定期運檢工作
發(fā)電廠電氣設(shè)備所出現(xiàn)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(guān)責(zé)任體系（明晰各部門、各崗位職責(zé)，責(zé)任到個人），完善操作制度（嚴格要求作業(yè)人員遵循操作流程），一旦出現(xiàn)非特殊原因設(shè)備故障，將追究相關(guān)人員的責(zé)任。其次要切實履責(zé)電氣設(shè)備的定期運檢工作：（1）在日常巡視中，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障征兆或隱患苗頭，應(yīng)合理安排設(shè)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(shè)備，要按規(guī)定做好養(yǎng)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(jiān)測等，嘗試狀態(tài)檢修模式。對于故障的緊急處理：（1）若為母線短路等內(nèi)部故障，經(jīng)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(yīng)將電氣設(shè)備隔離后再行處置。
2.3依托實時監(jiān)控維系電壓穩(wěn)定
穩(wěn)定、合規(guī)的電壓對于發(fā)電機等電氣設(shè)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(fā)電壓不穩(wěn)的因素較多，很難一一把控。因此，必須對關(guān)鍵點的電壓實施在線實時監(jiān)控。一旦出現(xiàn)電壓超限報警，應(yīng)立即對相關(guān)電氣設(shè)備的運行工況進行查驗，若發(fā)現(xiàn)確實存在運行異常，可根據(jù)事先編制的應(yīng)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(yīng)直接拉閘主電源，以保障設(shè)備和人身安全。另外，為了達到智能化處置要求，應(yīng)該給重要電氣設(shè)備增配電壓保護裝置。例如，對直流系統(tǒng)蓄電池充電模塊中的高頻整流開關(guān)增配失壓脫扣裝置，可在全廠失電后恢復(fù)廠用電的情況下避免燒毀充電模塊（全廠失電后恢復(fù)廠用電過程中，直流充電模塊除了承擔蓄電池充電任務(wù)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(yōu)化接地線結(jié)構(gòu)
雖然接地故障占據(jù)發(fā)電廠電氣設(shè)備故障的比例較大，但對電氣設(shè)備設(shè)計接地線是為了保護設(shè)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(fā)生，一個行之有效的措施就是優(yōu)化接地線結(jié)構(gòu)。例如，采用環(huán)路式接地線結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是某一接地線發(fā)生故障不會影響其他線路的正常運轉(zhuǎn)，能大幅提升設(shè)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(shè)備運維的智能化水平，宜給電氣設(shè)備增配接地線報警裝置，以實現(xiàn)對接地線情況的實時監(jiān)控和故障快速排查。
3結(jié)語
發(fā)電廠內(nèi)電氣設(shè)備的安全、可靠運行對保證電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義，發(fā)電廠應(yīng)該以運行、檢修的相關(guān)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計為依托，對發(fā)電廠電氣設(shè)備的故障進行詳盡分析，并找到應(yīng)對措施，以不斷提升發(fā)電廠電力生產(chǎn)的效率，為“多供電、供好電”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)貢獻力量。
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