火電廠電氣設備運行安全管理與故障處理分析

北京國電電力有限公司上灣熱電廠 張良虎

火電廠電氣設備運行環境復雜，是誘發各類故障的重要因素，一旦火電廠發生電氣故障輕則導致系統停運、電力供應中斷，嚴重的則會引發安全事故，造成重大生命財產損失。近年來，隨著我國火電技術的不斷發展，各火電廠電氣系統安全保障能力日益提升，在整合信息化和智能化技術后，火電廠電氣系統運行監測及故障自我診斷功能進一步完善，這有效降低了工作人員消除故障、排除安全隱患的難度。

作為直接影響我國電能質量的重要工作，火電廠電氣設備故障處理及安全管理受到廣泛重視，先進的運行管理系統需要與高專業素質工作人員相結合，方能發揮最大工作效能。深化研究火電廠各類常見電氣設備故障，明確其故障原因和維修技術有助于提高火電廠整體運行品質。進一步加強安全管理質量則為火電廠安全穩定運行奠定良好基礎。本文以某電廠為例，從電氣設備故障處理和全面提升電氣設備運行安全管理兩方面對相關內容進行論述。

1 某電廠電氣設備常見故障處理

1.1 短路故障

短路故障的本質是局部電流超限，常見的包括非金屬性短路故障和金屬性短路故障，二者的區別在于故障發生位置是否在金屬導體上，一般來講接觸性短路故障造成的故障線路電流會相對較大，故障線路的電阻幾乎接近于0，同時出現明顯的短路電流。以某10kV高壓設備短路故障為例，高壓開關柜1號主變、2號主變各開關均處于運行狀態，同時有相應的分段開關在熱備用的狀態下隨時啟用。設備低壓側電流303.45A，有功負荷-0.49MW，無功負荷-5.37MVar[1]。中壓側電流70.47A，有功負荷-15.46MW，無功負荷負-0.68MVar。高壓側電流37.94A，有功負荷14.77MW，無功負荷-3.88MVar（見表1）。

表1 主變負荷情況[A，MW，Mvar]

在檢測到異常短路電流后，工作人員迅速通過檢修窗口對柜內設備進行檢查，此時設備ab相母線已在高溫下發生變形，絕緣層受損嚴重，在對故障線路進行更換維修后重新啟動高壓柜并檢測其補償電容電流，此時補償電路電流為22.5A，而檢查絕緣保護套阻燃性能時，發現該高壓開關柜存在消弧線圈補償問題，按照安全性的要求設備打火產生余焰后其熄滅控制時間應在30s以內，但實測當前設備余焰熄滅時間為65s，進一步檢查明確了故障點在絕緣保護套，在后續運維過程中為降低此類故障的再發概率，工作人員為消弧線圈接地裝置接入檢測模塊，該模塊可動態顯示無線圈電感電流，出現異常后可進一步縮短余焰熄滅時間，此外還更換了阻燃性更強的母線絕緣材料，避免其在短時間過熱情況下發生燃燒損壞[2]。

1.2 母線失壓故障

相應系統的母線開關跳閘，或某些直連母線的設備故障都會導致母線失壓。對于系統母線負載設備相對較多，一旦出現母線失壓故障，其對應的系統電氣設備將面臨較大的停運風險[3]。以某火電廠脫硫母線失壓故障為例，工作人員在啟動循環泵的過程中，發現循環泵啟動失敗，工作人員在進入控制室對系統進行檢查時發現，編號為413f的開關狀態顯示燈閃爍，立即前往對應工作段檢查發現開關處于分閘狀態，檢測此段母線電壓顯示數值為0，此時可以確認，MCC段脫硫母線處于失壓狀態，變速器輸電中斷。在取出413f開關進行檢查后，并未發現明顯的發熱損壞問題，嘗試手動合閘后MCC段母線電壓恢復且開關狀態燈恢復為紅色常亮狀態。

后續檢修作業中，在隔離該段線路后對413f開關進行再檢，明確了MCC段對地絕緣值為147MΩ，符合大于135MΩ的絕緣要求，且開關結構和功能特點未見異常。分析413f開關參數設定后找到了本次故障的具體原因，該開關裝備了以電子脫扣器為主的過載保護裝置，一旦檢測到線路中負荷電流超限機會啟動過載保護切斷開關，而MCC段母線同時負載排水泵、循環泵以及風機，其額定電流分別為45A、100A、65A，而且母線上原本還有35A以上負荷，在進行此段線路檢修時，其使用了100A的檢修電源開關，在該段母線設備同時運行時就會導致413f開關跳閘。為避免此類事故再次發生[4]，工作人員更換了250A的動作開關，同時在此基礎上將動作電流調整為80A。

1.3 變壓器故障

變壓器是火電廠電氣系統的重要組成部分，相關設備常見故障類型包括滲漏油、冷卻裝置故障以及高壓套管故障等。發現變壓器有滲漏油現象應盡快明確滲漏位置，明確滲漏位置后根據設計圖明確滲漏位置的結構，對于因螺絲松動引起的滲漏問題，應根據標準力矩重新扭緊螺絲并觀察滲漏情況是否得到解決，如存在墊片或其他密封配件老化破裂的情況則要對應更換。如箱體存在破損，可根據破損位置選擇更換焊接修復或更換總成[5]。

冷卻系統故障要注意根據變壓器冷卻類型分析故障原因，油冷變壓器最常見的冷卻故障原因是循環油泵故障，風冷變壓器最常見的故障原因是冷卻風扇故障。注意檢查相應冷卻系統的充電及控制電路是否存在斷路短路等故障問題，無此類問題則應進一步檢查油泵或風扇電機是否損壞。套管接頭過熱是火電場主變壓器高壓套管常見故障，導致這一問題的原因較為復雜，一旦出現此類故障，要重點檢查套管密封圈是否正常，如出現老化開裂或明顯的滲漏情況應及時更換套管密封圈，重新恢復高壓套管絕緣封閉特性。

此外，某些故障因素可能導致變壓器起火，此時必須立刻切斷此變壓器所在主線開關，實現故障隔離。同時，組織人員在做好絕緣保護的前提下滅火。變壓器滅火必須使用專用滅火器，在確保切斷主電源的基礎上，對于落地變壓器可以采用沙土覆蓋滅火的方法。如果變壓器上蓋起火，應盡快排出變壓器油，防止火勢蔓延后引燃變壓器油。

1.4 發電機故障

發電機是火電廠電氣系統的核心組成部分，較為常見的發電機故障包括水內冷繞組漏水、水內冷繞組堵塞、轉子繞組短路以及相間短路等。發現繞組漏水首先要檢測漏點，目前常用方法為壓縮空氣氣密實驗法，排干水回路內所有水分，在注氣壓力控制為0.1MPa的基礎上，向設備內充氣并通過外周涂抹肥皂水的方式檢測漏點，根據滲漏位置選擇對應的修復方案。而繞組堵塞則需要通過反沖洗流量試驗來明確堵塞位置和堵塞原因，如為異物堵塞則需采取內窺鏡抓取的形式排除，如為水質不合格導致的沉淀堵塞則采取高壓沖洗以及機械性清理等形式予以解決。對于一系列發電機短路和接地故障，在處理過程中要注意檢查勵磁機以及油管的絕緣性，應讓利時線圈退磁并進一步強化管理絕緣性。此外，要注意檢查轉子各匝線圈的絕緣情況，同時明確各主要連接部位連接的穩固性。

此外，發電機套管過熱也是此部分常見電氣故障，當發電機無功負荷相對較高時其磁場渦流損耗相對較大，渦流變化會導致線套管發熱，一些情況下甚至會超過線套管耐熱臨界點進而引燃套管。發生此類問題應進一步強化疊片絕緣性，減少渦流變化，可以選擇耐高溫的絕緣漆對疊片進行噴涂。另外，還可直接調整疊片材質，可以更換磁特性更優的疊片，保障疊片的情節性和剛性，確保疊片能夠承受發電機運行應力。磁特性更優的疊片有利于減少渦流變化，這能夠有效優化線套管發熱的問題。

1.5 液壓盤車故障

盤車是保護電機的重要措施，其不僅能夠減少沖轉力矩，而且能在設備進入正常運轉程序得前提前下在軸承上建立油膜減少軸瓦磨損。液壓盤車由電控系統控制液壓馬達，由兩組離合器控制動力接合，在頻繁啟停和長時間運轉過程中，液壓盤車可能出現齒輪嚙合不嚴，以及離合器軸承磨損等問題，以某火電廠為例，在發電機解列后開始盤車，初始轉速設置為46.67r/min，1號低壓油泵電流為77.9A，1號高壓油泵電流為41.7A，運行約3h后盤車轉速開始下降且出現異響，7min后轉速歸0，通過拆解液壓盤車離合器發現其超速離合器棘爪存在嚙合脫開的問題，離合器傳動軸承磨損較為嚴重，棘爪與外緣結構碰觸。

面對此類問題，在更換磨損部件完成修復工作后制定如下預防措施。首先控制盤車接入的汽輪機惰走轉速，以減小液壓盤車與主軸轉速差為目標將接入轉速控制在60～120r/min。其次，為延長液壓盤車使用壽命，對其電磁閥控制系統進行優化，在惰走轉速高于120r/min時關閉電磁閥使液壓盤車停運，如此方可降低上述故障再發概率。

2 全面提升火電廠電氣設備運行安全管理

2.1 綜合提升安全管理意識

提高安全管理意識是保障火電廠電氣設備運行穩定的重要基礎，在日常工作中火電廠應加強電氣系統安全管理宣傳工作，不僅要讓運維檢修工作人員認清自身職責范圍同時也要提高其工作敏感性，通過構建火電廠電氣設備安全管理日志來動態記錄相關工作人員的日常工作內容，明確各項檢查工作是否落實到位。根據實驗周期設定不同的運維檢修工作，包括周檢修、月檢修、季度檢修和年度檢修等，每次檢修工作都應記錄在案并在檢修完成后對系統當前情況作出綜合判斷。

同時，完善電氣設備管理制度，采取責任落實到人的形式，確保各相關部門及部門工作人員明確自身職責范疇，建立相應的評分體系和追責體系，對工作人員日常安全管理進行量化評分并將之納入績效評定指標。一旦出現安全事故，立即明確責任部門和具體責任人，進一步壓實工作安排，提升各部門和相關工作人員的工作質量。

2.2 擴大自動化技術應用

追加技術投入，擴大自動化技術的應用范疇是提升火電廠電氣設備運行安全管理質量的重要措施。構建高度智能化集散控制系統能夠有效實現對電氣系統的綜合監測，根據不同火電廠的線路配置情況，設置6kV、380V等智能前端，以智能前端為電氣監控基礎，為各系統設置分支的通信管理模塊，由此部分負責采集智能前端所獲信號參數并上傳數據服務器和應用服務器（如圖1所示）。

圖1 集散控制系統結構

打造更具智能化監控處置能力的中央處理控制站，動態校準各系統的標準運行參數，提升主體系統對各分支系統的監控檢測能力，一旦檢測到異常信號立即通過顯示界面發出警告，基于編輯好的故障編碼庫報送故障信息以便于工作人員進行檢查排除。此外，還要加強主控系統的故障自動化隔離能力，在出現故障問題后基于可選備用線路，或算法方案盡快將故障線路與主線路進行隔離盡量縮小故障影響范圍。

3 結語

電氣設備運行狀況直接影響著火電廠的運行品質，充分提升相關方向安全管理水平有助于減少因電氣設備故障而導致的安全事故，同時全面提高各類故障排查處置能力，也有助于保障火電廠安全穩定運行。本文從故障分析處理以及安全管理兩個方向，對相關內容進行了詳細論述，希望所述內容能夠有助于推動我國火電廠的現代化發展。