火力發電廠電氣運行故障及應對措施

劉 杰

（中國電建集團核電工程有限公司，山東 濟南 250102）

在火力發電廠運營過程中，雖然火力發電技術體系持續完善，發電效率不斷提高，但仍舊以大型發電機組為核心設備，機組長時間處于超負荷運行狀態，受到設備自身老化因素、環境因素的干擾影響，時常會出現各類運行故障問題，對火電廠電能生產效率造成負面影響。問題嚴重時，會導致火電廠運作停滯。因此，必須深入了解各項電氣運行故障問題的出現成因，并采取有效的解決措施，從根源上解決這一問題，消除隱患，保障電力系統的安全穩定運行。

1 火力發電廠電氣運行常見故障及出現成因

1.1 發電機電壓波動

電壓作為評判供電質量的重要衡量指標，如若實際電壓值低于或高于額定值的一定比例，都將對用戶用電體驗、電力系統運行穩定性造成負面影響，有可能引發線路短路、供電不足等故障問題的出現，在直接與間接層面上造成嚴重的經濟損失。例如，當發電機實際電壓值高于額定值的5%時，將導致發電機勵磁以及轉子電流有所增加，最終導致轉子繞組的工作溫度升高、加快老化速度、縮減實際使用壽命。

當發電機實際電壓值低于額定值的5%及以上時，將導致定子繞組鐵芯長時間處于不飽和工作狀態，可能出現失步、震蕩等異?，F象。同時，在問題較為嚴重時，還將對關聯負載設備的運行狀態造成負面影響，如做功效果變差以及轉速下降等。而在發電機電壓值出現異常升降現象、電壓波動幅度較大時，也將以此為誘因導致定子繞組工作溫度處于異常現象，引發一系列電氣運行故障問題，造成更大損失。

1.2 發電機工作溫度異常升高

發電機組作為火電廠發電系統中的核心設備與主要構成部分，其工作效率直接影響火力發電廠的電能生產效率，并在一定意義上發揮著電網調峰作用，其重要性不言而喻。因此，在火電廠運營過程中，為保障電網安全、確保實際發電量，可根據電網負荷的高低變化而進行適當增減，持續提供充足的上網電量，發電機組以及關聯設備時常處于超負荷運行狀態。在這一系統運行背景下，發電機組在時間、高負荷運行狀態下，將持續產生一定程度的鐵、銅損耗，這類損耗能量轉換為熱能。由于發電機組的排熱性能有所不足、冷卻效果不理想，難以在短時間內將轉化而成的額外熱能進行有效釋放，加之發電機組的工作環境普遍為高溫環境，因此，發電機組元器件的實際老化速度遠高于預期速度，設備實際使用壽命有所縮短、運行效率下滑。而在設備工作溫度超過一定標準后，將引發一系列電氣運行故障。

1.3 備用電源自動切換不順暢

在火電廠發電系統長時間運行過程中，受到環境、人為等因素的干擾影響，偶爾出現各類電氣運行故障，如電機損壞、斷電等。針對這類突發性問題，為降低問題所造成的損失，保障發電系統的安全、穩定運行，企業普遍選擇配置發電機備用電源。當發電機組處于沒電與斷電條件時，自動切換備用電源，保證機組安全停運，并對DCS等系統進行持續供電。常見備用電源包括蓄電池以及柴油發電機。但是，在備用電源切換過程中，母線所接入電氣設備都將保持減速運行狀態，隨著時間推移，電壓持續衰減，至母線與備用電源連接時，電機將在短時間內保持加壓狀態，進而對電機造成不利影響，且切換電源所造成的影響程度視電機容量而定。同時，在備用電源沒有得到快速啟動，或是電源切換時間超過一定標準后，都將導致發電機組出現啟動困難、發電機停滯等現象。

1.4 電氣接地問題

目前，電氣接地作為保障發電系統安全、穩定運行的主要技術手段，可將其分為交流接地及直流接地兩種。近年來，在我國電力事業蓬勃發展的同時，電能消耗量及用電負荷也在不斷增大，導致電壓等級同步提高。因此，在火電廠發電系統運行中，系統短路故障問題的出現率及故障電流有所加大，原有電氣接地措施難以發揮預期保護效果。例如，在直流系統出現任意一點接地現象時，并不會引發系統短路故障問題的出現，且熔斷器仍舊保持正常運行狀態。但是，如若檢修人員未及時發現、有效解決這一問題，將有可能以此為誘因引發接地短路故障問題。同時，當出現交流電接地現象時，電機繞組與外殼結構有可能出現接觸情況，從而導致絕緣部位出現明顯老化現象。這一問題的存在，對設備接地水平提出了較高要求，企業需結合系統運行情況，對原有接地保護措施進行更新補充，采取正確接地方式。

2 火力發電廠電氣運行故障的有效應對措施

2.1 合理選擇冷卻手段，做好發電機溫控工作

在發電機組長時間、超負荷運行過程中，時常產生銅、鐵磨損問題，損耗能量逐漸轉換為熱能。而部分發電機組的冷卻效果不理想，無法高效排出所產生的熱能，最終導致發電機組工作溫度異常升高，加快設備老化速度、削弱運行穩定性能。為了有效解決這一問題，企業應重點強化發電機組的冷卻性能，選擇恰當的降溫技術及配套設施。目前，較為常見的發電機組降溫技術分為氫氣冷卻技術、密閉式水內冷卻技術以及空氣冷卻技術，各項技術的應用要求、適用范圍、技術特點與冷卻效果都有所不同，應結合實際情況選擇恰當的冷卻技術。

氫氣冷卻技術是在發電機組外殼結構內部裝設氫氣冷卻器，將氫氣作為冷卻介質。氫氣具有密度小、導熱效率高、機械損失小等優勢，在氫氣循環輸送、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，其化學特性不穩定，適用性較差。密閉式水內冷卻技術是指在發電機組內構建密閉循環冷卻水系統，將工業冷卻水作為主要介質，在水冷卻器運行過程中，冷卻水經由泵輸送至水冷卻器內，起到冷卻熱工藝介質的作用。同時，對冷卻水進行二次換熱，在二次冷卻器內降溫為冷卻水，再將其循環使用。這項技術的降溫效果最為顯著，且運行穩定，得到廣泛應用普及?？諝饫鋮s技術是通過配置蒸發器、鼓風機與水冷卻管等裝置，在鼓風機運行中，持續將發電機組內的高溫空氣吸入空氣冷卻器內，再將經過降溫冷卻處理的冷空氣送至機組內，從而起到循環降溫的作用。在選擇適當冷卻技術的同時，管理人員還需定期對發電機組的工作溫度進行檢查，當機組工作穩定臨近或超過相關標準時，應及時采取有效降溫措施，避免設備出現元器件加速老化現象。

2.2 穩定電壓

從運行故障出現成因角度來看，發電機組電壓不穩故障的出現成因及影響因素較為復雜，涉及諸多專業領域，多數中小型火電廠難以徹底解決這一故障問題。因此，基于現有技術條件，企業一方面應加強相關技術研發力度，持續完善技術理論體系；另一方面，為降低發電機電壓不穩故障所造成的損失程度，保證火電廠發電系統的安全、穩定運行，應強化電機電壓監測力度，在發電機工作電壓高于或低于額定值5%時，及時上報問題，分析問題成因，并采取有效解決措施。這一目的的實現，可選擇運用自動化與智能化技術，構建自動化發電機組電壓監測系統。例如，在發電機組周邊配置適當型號的傳感器，傳感器持續對機組電壓信息進行采集，將采集數據提交至監測中心。當系統監測到發電機組電壓值出現異常波動現象，或是過高與過低時，將自動向管理人員與維護人員發送預警信號，并基于程序運行準則采取有效控制措施，如切斷部分負電荷。

2.3 保證接地線設計合理

結合火電廠發電系統接地保護措施的實際應用效果，對接地設計方案進行優化調整，唯有如此，方可為火電廠發電系統運行安全、工作人員人身安全提供有力保障。例如，企業可選擇基于人體電阻以及接地電阻并聯原理，優先采取環路式接地線措施。將接地線電阻值控制在合理范圍內，即可起到控制流向人體的電流值的作用。同時，采取這一接線措施，也將有效強化電氣設備接地裝置的運行可靠性。在任意一處接地線出現故障問題時，也可將電氣運行故障出現率控制在較低范圍內，保證發電系統的穩定運行。

2.4 強化設備檢修維護力度

出現電氣運行故障時，往往會顯露出相對明顯的征兆，如發電機組工溫度異常升高、電壓值大幅波動、備用電源啟動時間過長等。若沒有及時發現、有效解決各類電氣運行故障問題，不但會對火電廠發電生產效率造成不利影響，還將造成不可估量的經濟損失，并在嚴重時導致電氣設備損壞，使用壽命縮短。因此，為強化電氣運行故障處理能力，應重點開展系統性、針對性的電氣設備維修保養工作，定期對各類電氣設備的運行情況進行檢查，并評估設備在未來一定時間范圍內的運行狀態，及時發現、有效預防各類電氣運行故障。例如，可組合運用計劃性維修法與狀態預測法。配置適當數量及型號的傳感器，持續采集電氣設備的運行參數，在其基礎上綜合評估各類電氣設備的實時工況，以及各類運行故障問題的出現率。隨后，在設備工況評估報告基礎上，針對性地制訂設備檢修工作計劃，重點對設備故障高發區域進行維護保養，并解決所發現的故障隱患。同時，構建長效機制，明確界定各部門及人員的權責范圍、工作內容，定期開展人員專業素養培訓、安全生產教育工作，持續完善電氣設備檢修管理體系，確保各項故障應對措施、設備維護檢修工作制度得到貫徹落實與有效執行。

3 結束語

綜上所述，火電廠發電系統整體結構較為復雜，各類常見電氣運行故障的出現成因很多。在系統運行中，任意環節出現操作不當問題時，都將對系統發電效率及運行穩定性造成影響。對此，必須深入分析和研究各項常見電氣運行故障問題的出現成因，針對故障問題采取科學的應對措施，定期開展設備維護檢修工作，推動火力發電廠及電力事業的可持續發展。