火力發電廠電氣運行故障的原因及應對策略

朱鵬超

摘要：現階段，在我國電力能源供應中火力發電廠占據重要地位，而大型機組設備的應用促進了火電廠發電效率顯著提升。但在多方面因素的影響下，電氣設備運行不可避免地出現故障異常，要及時采取有效措施加強運行故障防控，降低電氣運行故障對火電廠發電質量、效率的影響。本文從火電廠電氣運行故障的原因分析入手，闡明電氣設備運行故障預防的具體策略，以供參考。

關鍵詞：火力發電廠；電氣設備；運行故障

DOI：10.12433/zgkjtz.20232840

我國電網運行水平受到火電廠電氣運行是否可靠、穩定的直接影響，而在火電廠機組容量逐年增長的背景下，受到運行環境、設備自身、操作行為等影響，導致電氣設備在運行階段頻繁出現故障問題。為避免故障頻發威脅到火電廠的可持續運行，需要采用科學的策略提升火電廠電氣設備的維護水平，為我國電網事業的高質量發展提供支撐。

一、火電廠電氣設備概述

作為我國電網穩定運行的關鍵基礎，火電廠電氣設備組成具有多樣化、復雜化的特征，具體電氣構成包括電抗器、引出線、發電機、電源、配電設備、電池、廠用接線、主接線、通信設備等。在火電廠實際運行過程中，電氣系統不僅是相關設備穩定使用的基礎保障，也在提升電能供應穩定性中發揮著重要作用。通常情況下，火電廠發電要經過較復雜的工藝流程，先通過化學能轉換將燃料轉化為熱能，汽輪機在蒸汽壓力的推動下實現電能轉換。火電廠發電流程較復雜，相關電氣設備極易在運行階段出現故障異常，進而影響電能正常轉換。

二、火電廠電氣運行故障成因

（一）發電機溫度異常

通常情況下，火電廠在供電期間發電機需維持連續運行狀態，在長期高負荷運行狀態下，電氣系統中鐵銅線路在損耗期間會產生高熱量。如果升溫過程較快，極易對發電機的穩定運行產生影響。同時，發電機絕緣層在持續高溫下損耗、老化速度加快，如果未做到定期檢修維護，會增大發電機出現故障異常的概率。另外，發電機長時間運行期間受到高溫的持續影響，會影響其他構件的穩定運行。

（二）電氣接地問題

現階段火電廠運行是否安全，與電氣接地設施的管控直接相關。而在用電需求持續增高的背景下，火電廠面臨更高的電壓與負荷要求，其中，短路故障的出現不僅會影響火電廠電氣系統的穩定運行，還會威脅人們的生命財產安全。以接地類型為基準，將故障劃分為交流接地與直流接地故障。對于交流接地故障的形成，主要是繞阻出現異常或在運行階段發電機機殼在某些因素的影響下存在受潮問題，再加上絕緣層老化嚴重現象的存在，導致電氣系統出現故障的概率增加。

（三）備用電源切換問題

為保證火電廠設備穩定運行，需依據發電需求合理設置備用電源，確保發電機組不受電源斷電等問題影響。一般情況下，大部分火電廠以自動切換為備用電源主要切換方案，而在實際切換處理過程中，備用電源會在自動切換時形成時間差，成為電氣運行故障的導火索。以火電廠斷電為前提，即使發電機在斷電狀態下仍會保持高轉速狀態。

（四）電壓數據超出限定范圍

火電廠電能供應質量與發電設備電壓值控制之間存在密切關聯，如果運行階段出現電壓過高、過低情況，均會對火電廠供電質量以及用戶體驗度產生負面影響。當電壓值超出標準值后，發電機容量會在長期高壓的影響下無法保持穩定控制，在勵磁裝置的增設前提下，轉子繞組因電流增大導致溫度持續增高，造成電氣運行受燃組老化影響而出現故障。同時，鐵芯在運行期間會受溫度增加的影響導致損耗增大，繼而增加出現運行故障的概率。如果發電機組電壓處于額定電壓范圍下，會影響火電廠發電機組的穩定性控制，如果發電機組運行不穩定，發電機定子繞組與鐵芯極易出現震蕩現象，其并列運行會在電壓過低的情況下出現異常。

三、火力發電廠電氣運行故障的應對策略

（一）加強發電機冷卻處理

為避免高溫狀態下發電機絕緣系統受到較大影響，要結合發電機運行情況，采取有效措施控制發電機熱量，確保發電機絕緣系統不受持續高溫的影響。同時結合對發電廠運行情況的分析，選擇合適的發電機冷卻方法。目前，常用冷卻技術包括：

1.水內冷卻工藝

水內冷卻在發動機降溫處理中可發揮強散熱、高冷卻的作用，實現對發電機溫度的有效控制。但需要注意的是，該冷卻工藝存在水資源浪費、能耗過大等問題。對此，可采取基于中水的循環冷卻水技術，在保證發電機冷卻效果的前提下，通過中水處理提升資源利用率。以某火電廠為例，為進一步體現節能環保目標，采取MBR膜處理冷卻水循環工藝，即利用膜分離來取代火電廠以往生化工藝，利用生化反應池與超濾單元實現對中水的有效凈化處理，進而為發電機冷水系統的有效應用提供保障。

2.密閉式空氣冷卻

該技術的應用主要借助封閉循環系統降低溫度，避免絕緣系統受到高溫的影響過度老化。

3.氫氣冷卻

該方法是對發電機通風利用氫氣控制損耗，進而在加強供電效率控制的同時，避免發電機持續高溫導致故障概率增大。通常情況下，氫氣系統組成涉及供氫系統、氫氣干燥裝置、供二氧化碳裝置、漏油漏水檢測裝置等。

通常情況下，發電機能否穩定運行受氫氣含水量的直接影響，可借助氫氣干燥器的應用，將水分控制在一定范圍內。對于氫氣循環風機的應用，是在發電機冷凝式氫氣去濕裝置中安裝循環風機。為避免氫氣泄漏威脅到現場安全，要將氫氣濃度檢測裝置安設于冷水、氫冷水、發電機等位置，以期在運行階段及時報告氫氣泄漏的情況。

（二）電氣接地有效控制

為避免電力故障出現威脅到人員安全，需通過對接地故障的有效預防、處理促使火電廠電氣系統的可靠運行。鑒于此，在電氣系統維護管理過程中，要結合以下方面防止接地故障發生：

第一，結合實際運行需求進行線路的科學布設，在明確各電氣設備接地標準的前提下，以相關制度規定為參照，進行接地的規范化處理。

第二，在電氣運行期間定期測量接地電阻，判斷接地是否在火電廠發電過程中出現異常情況，通過加強對接地質量的控制，有效規避電氣故障。

第三，以交流、直流接地的有效區分為前提，根據電氣設備應用要求、運行工況等進行接地設置，避免由于直流、交流電設置不合理導致故障發生概率增加。

第四，要求維護人員定期檢查接地質量，密切觀察接地連接是否始終處于牢固、嚴密的狀態，通過提升接地保護性能促進火電廠電氣系統可靠運行。

第五，加強接地保護處理，結合對防腐銹材料的應用保障安全使用。以某火電廠為例，通過對接地電線的科學設計為電氣設備營造安全運行環境，并結合對設備運行要求的分析，接地材料選擇以扁鋼為主，規格控制在40×4mm。在接地處理時，要求相關人員開展土壤檢測作業，依據酸堿度檢測結果判斷接地銹蝕問題的出現概率，并在布設時結合對防腐蝕材料的涂抹提升接地裝置的運行穩定性，避免接地銹蝕過于嚴重影響電氣設備的可靠運行。在火電廠電氣運行期間，維護人員要密切關注接地生銹情況，及時更換生銹接地線，保障電氣設備安全運行。

（三）加強設備檢修管理

火電廠電氣運行故障發生與檢修維護管理之間存在密切關聯，要從檢修維護的優化開展入手，分析電氣檢修維護的重要性，結合對完善設備檢修制度的構建，要求相關人員以制度規定為參照，定期檢查電氣設備。為避免出現人員態度不端正、不負責的情況，應重視對電氣設備檢修維護職責的明確劃分與落實。在實際電氣檢修維護中，結合設備運行情況，設置專業隊伍，要求人員全面記錄檢修、維護過程，進而為后續管理與維護工作的有效開展提供支撐。如果條件允許，火電廠可積極引進先進技術構建設備點檢系統，并借助專用輔檢設備精準、客觀掌握設備運行情況，依托計算機管理系統采集與分析電氣設備參數，并依據分析結果判斷火電廠是否存在電氣運行故障，進而加強故障診斷精準性控制，及時發現和處理電氣運行故障，減少運行故障對火電廠安全運行的影響。

（四）強化電氣設備電壓穩定控制

火電廠電氣系統運行期間，電壓穩定控制是抑制電氣設備熱量增高的主要手段，避免電氣元件在持續高溫下老化、損耗過快。鑒于此，可借助計算機系統對電氣設備電壓進行全過程、動態化監控，結合傳感器的增設實現對電壓情況的全過程監控，幫助管理人員全面掌握電壓變化情況。如果運行期間發現電壓報警，要第一時間分析成因并定位故障位置，采取針對性措施排除故障，避免因電壓異常時間過長影響電氣設備穩定運行。

（五）強化人員專業素養培養

維護人員素質水平會直接關系火電廠電氣設備維護水平，在電氣設備檢修維護工作復雜、流程繁瑣、設備較多等因素的影響下，對設備維護人員的配備提出更高要求，為確保維護隊伍的建設符合電氣維護要求，避免人為因素發生電氣運行故障，要在檢修維護工作期間落實以下策略：

第一，加強人員素質培養。在明確掌握管護人員素質基礎的前提下，積極開展關于電氣檢修知識、理論、技巧等培訓，幫助管護人員加深對設備構造、原理、特點等的掌握。同時，針對設備典型故障案例進行模擬講解，讓管護人員掌握更多管護故障預防、處理的經驗。

第二，在隊伍建設時，加強對準入門檻的把控，除具備扎實知識基礎、豐富經驗，還需重視對人員職業道德、專業素養等方面的考核，通過高素質隊伍建設提升火電廠電氣運行穩定性，更好地預防電氣運行故障。

（六）完善電氣運維體系

盡管大部分電氣故障為突發性，但多由于長期積累導致。鑒于此，火電廠可構建預防性維護體系，以預防性維護手段取代以往事后預防模式。在實際電氣維護過程中，明確維護部門職責，根據電氣系統運行現狀制定預防性檢修計劃、流程，要求人員以相關制度為參照，在運行階段定期檢修、檢測。同時，結合不定期問題檢修的開展加強電氣故障預防，將電氣運行故障發生概率控制在預期范圍內。此外，要求人員提高對備用電源檢查維修的重視度，通過定期保養維護延長備用電源運行年限。如果情況允許，火電廠需視情況設置獨立檢修部門，并在人員配備時，嚴控專業能力、綜合素養等。在完善制定維護體系的前提下，要求人員在電氣運行期間定期開展大范圍、全方位、整體性檢查工作，并將檢查階段發現的設備問題、故障上報處理，結合針對性運維方案的制定促使電氣設備穩定運行。

（七）提高智能化程度與專業技術

火電廠要想有效規避與解決運行故障，除了加強運維工作開展外，還要重視對火電廠運行管理的智能化、自動化建設，在轉變傳統發電方式的前提下，積極借助云技術、人工智能、互聯網技術等優化火電廠管理模式，依托互聯網智能管理系統實現對火電廠設備故障異常的在線檢測與監管，進一步提升運維管理效率。同時，結合運維管理要求，借助大數據、數字化等技術構建運行故障管理數據庫，并做到在運行期間自動采集與存儲設備故障檢修數據，為后續設備運行管理提供支撐。通過利用智能化管理系統取代人工管控模式，在實現減少成本資源投入的同時，避免因管理期間頻繁出現人為失誤問題導致火電廠電氣設備出現故障的概率增大。

四、結語

綜上所述，火電廠穩定、可靠運行不僅是保障民眾安全用電的基礎前提，也是提升電網運行穩定性的關鍵。電氣運行故障的出現，輕則因設備停機、癱瘓影響發電質量，重則威脅現場人員的生命安全。基于此，為有效預防與消除故障，要對電氣運行故障防控必要性有正確認知，深度剖析火電廠電氣故障的形成原因，通過加強冷卻處理、完善預防性維修體系、強化維護隊伍建設、加強電氣設備電壓控制、優化電氣接地控制、全面開展設備檢修工作等措施的實施，實現對電氣運行故障的有效規避，并為火電廠電氣系統的可靠運行提供支撐。

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