發(fā)電廠電力系統(tǒng)中的故障診斷與處理技術(shù)研究

摘要：隨著發(fā)電廠電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和技術(shù)的日益復(fù)雜，電氣二次系統(tǒng)中的故障頻繁發(fā)生，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文認(rèn)為，要想解決發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)常見的故障問題，應(yīng)從發(fā)電廠角度出發(fā)，歸納與總結(jié)常見的電氣二次系統(tǒng)故障種類，針對具體故障說明不同故障的診斷方法，提出相應(yīng)的處理技術(shù)應(yīng)用策略，從而實現(xiàn)對發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)故障的快速、準(zhǔn)確診斷及高效處理，極大提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電力系統(tǒng)；故障診斷；故障處理

DOI：10.12433/zgkjtz.20241014

發(fā)電廠是現(xiàn)代社會不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，而其中的電氣二次系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行直接關(guān)系到人們的生活質(zhì)量，但由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性以及外界環(huán)境的多變性，系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)各種故障，這些故障若不能及時準(zhǔn)確地得到診斷和處理，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，甚至可能導(dǎo)致大規(guī)模的停電事件，給社會經(jīng)濟帶來損失。因此，探討發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)故障的診斷與處理具有較強的現(xiàn)實意義，本文旨在探討如何快速診斷與處理具體故障，以實現(xiàn)發(fā)電廠電力系統(tǒng)電氣二次系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

一、發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)常見的故障

（一）繼電保護設(shè)置錯誤

電氣二次系統(tǒng)指發(fā)電廠電力系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)控、控制、保護和測量的部分，與主要的電力輸送（一次系統(tǒng)）相對，包括所有的繼電保護設(shè)備、自動化設(shè)備、信號傳輸和處理設(shè)備，以及與這些功能相關(guān)的軟件和通信技術(shù)。其中的繼電保護設(shè)置錯誤是指在發(fā)電廠電力系統(tǒng)中，用于監(jiān)控和保護電網(wǎng)安全運行的繼電保護裝置參數(shù)配置不當(dāng)，包括過流、欠壓、差動保護等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，此類故障通常是因操作人員對系統(tǒng)特性理解不足導(dǎo)致的誤配，軟件更新或系統(tǒng)升級后未重新校驗或調(diào)整保護設(shè)定，或長期運行中因外界條件變化（如負(fù)載變化、線路老化）而未及時更新保護參數(shù)等原因造成的。錯誤的繼電保護設(shè)置會造成輕微故障時切斷主要供電線路，導(dǎo)致不必要的電源損失，如果設(shè)置過于寬松可能在應(yīng)觸發(fā)保護時未能有效作用，使得原本可以局部解決的問題擴大為更嚴(yán)重的系統(tǒng)性故障，甚至造成設(shè)備損壞及停電事故。

（二）控制線路故障

控制線路故障涉及發(fā)電廠內(nèi)部所有通過控制線進行命令傳遞與狀態(tài)反饋的電氣設(shè)備，此類故障可能表現(xiàn)為開關(guān)無法正常啟閉、信號誤傳或者完全丟失，其主要原因包括物理損傷（如施工時挖斷、老鼠咬斷）、絕緣性能下降（濕氣侵蝕或老化）、連接接頭松動或腐蝕以及電磁干擾等。控制線路故障會導(dǎo)致控制命令無法正確執(zhí)行，導(dǎo)致設(shè)備不能按預(yù)期工作，增加事故風(fēng)險，或狀態(tài)反饋信息錯誤或丟失，使得監(jiān)控中心無法準(zhǔn)確掌握設(shè)備實時運行狀態(tài)，影響相關(guān)決策的準(zhǔn)確性。

（三）備用電源自動切換故障

備用電源自動切換故障是指在主電源失效時，發(fā)電廠內(nèi)部備用電源（如UPS、柴油發(fā)電機等）無法自動啟動并接入系統(tǒng)的情況，此問題多由備用電源本身故障、自動切換裝置（ATS）功能失效、切換邏輯配置錯誤或者維護不足等原因?qū)е隆Ｈ绻麄溆秒娫礋o法及時投入使用將導(dǎo)致關(guān)鍵負(fù)荷（如控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)）失去供電，對生產(chǎn)和安全運營構(gòu)成直接威脅，而且計算機系統(tǒng)或精密儀器在突然斷電后可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或損壞，需要長時間恢復(fù)與重啟。

二、發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)故障的診斷方法

（一）繼電保護裝置分析比對與模擬測試

針對繼電保護裝置方面的故障，應(yīng)細致審查當(dāng)前繼電保護裝置的參數(shù)設(shè)置，與系統(tǒng)設(shè)計要求、運行條件和歷史數(shù)據(jù)進行比對，核查各項保護功能的設(shè)置值，如過流保護、短路保護、接地故障保護等，確保參數(shù)精確匹配系統(tǒng)的實際運行參數(shù)。依托上述所收集的參數(shù)，采用專業(yè)的模擬測試設(shè)備，執(zhí)行靜態(tài)模擬測試，利用繼電保護測試設(shè)備模擬不同的故障條件，如短路、過載、電壓下降等，觀察繼電保護裝置的反應(yīng)是否符合預(yù)期的保護特性和動作時間，檢驗裝置是否在正確的條件下動作或拒動，以及動作時間是否符合設(shè)置值，以此可以直觀地發(fā)現(xiàn)繼電保護裝置設(shè)置錯誤導(dǎo)致的問題，如動作時間過長或過短，或不應(yīng)動作時的誤動作等。除上述靜態(tài)模擬外，還可以利用動態(tài)模擬測試，模擬故障發(fā)生前后電力系統(tǒng)的動態(tài)變化，評估繼電保護裝置的整體響應(yīng)性能，使用高級的模擬測試設(shè)備和軟件，準(zhǔn)確模擬電力系統(tǒng)的動態(tài)行為，如負(fù)載變化、電網(wǎng)互聯(lián)條件變動等，以及這些變化對繼電保護裝置動作特性的影響，以確定故障原因。

（二）控制線路完整性檢測

控制線路完整性檢測診斷方法可從視覺檢查入手，此階段主要是對控制線路的物理檢查，以識別明顯的問題，如斷線、腐蝕、燒損或接觸不良等，同時檢查線路的固定和布線是否規(guī)范，以及所有的標(biāo)記是否清晰、準(zhǔn)確。如果基礎(chǔ)的視覺檢查未發(fā)現(xiàn)明顯問題，再進行絕緣電阻測試，使用絕緣電阻測試儀測量控制線路與地以及相互之間的絕緣電阻，檢測線路中是否存在潛在的絕緣損壞問題，并使用多功能電表或?qū)Ｓ玫木€路測試儀檢查控制線路的連通性，確保所有的控制回路和信號鏈路無斷路、短路和錯誤連接。連通性測試不僅可以驗證物理連接，還可以確認(rèn)電氣功能的正確性。最后應(yīng)用電氣測量和分析工具，利用電氣測試儀器，如示波器和電氣網(wǎng)絡(luò)分析儀，對控制線路進行深入的電氣特性分析，識別諸如電氣噪聲、諧波干擾或不穩(wěn)定的信號等問題，在此基礎(chǔ)上檢查與控制線路相關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)的歷史操作記錄和故障日志，以識別具體故障原因。

（三）自動轉(zhuǎn)換機制有效性測試

在發(fā)電廠電力系統(tǒng)中，確保備用電源自動切換機制的有效性是診斷備用電源自動轉(zhuǎn)換故障的關(guān)鍵，此方面可檢查自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）的配置和設(shè)置，確保ATS配置正確，參數(shù)設(shè)置符合系統(tǒng)要求，包括轉(zhuǎn)換時間的設(shè)定、優(yōu)先級配置以及各種操作模式的設(shè)置，同時對ATS的控制邏輯進行審查，驗證其設(shè)計能夠滿足電力系統(tǒng)在不同操作條件下的需求，以此排除備用電源切換故障的開關(guān)設(shè)置及可控制邏輯原因。如果開關(guān)設(shè)置正確，控制邏輯無問題，再進行模擬故障測試，在受控條件下模擬主電源故障，觀察并記錄備用電源自動啟動和切換的過程是否按照預(yù)期進行，具體應(yīng)構(gòu)建不同類型的故障情景，如主電源的完全斷電、電壓下降或頻率異常。通過這些測試，可以驗證ATS是否能夠準(zhǔn)確感知到主電源狀態(tài)的變化并根據(jù)設(shè)計要求自動切換到備用電源。最后還應(yīng)檢查備用電源啟動后，所有關(guān)鍵負(fù)載是否都被正確接轉(zhuǎn)，以此確定異常位置。

三、發(fā)電廠電力系統(tǒng)中電氣二次系統(tǒng)故障的處理策略

（一）繼電保護參數(shù)校正

首先，繼電保護設(shè)置錯誤故障的處理核心為參數(shù)校正，參數(shù)校正的目的是使繼電器能夠準(zhǔn)確識別故障，并在非故障情況下避免誤動作，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，確保其在電氣二次故障發(fā)生時能夠正確且及時地動作。因此，維修人員應(yīng)獲取當(dāng)前電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，比如，電流、電壓、負(fù)載類型及其變化范圍等，并分析歷史故障記錄。

其次，確定故障模式和頻率。在上述故障診斷的基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)或直接采用診斷階段所收集的數(shù)據(jù)，再根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)的特點，設(shè)計繼電保護的動作曲線，此過程應(yīng)考慮系統(tǒng)中不同部分的容量、阻抗特性和運行模式。同時，計算和設(shè)定參數(shù)，維修人員可使用專門的軟件工具或手工計算來確定保護裝置的動作時間和動作電流，并明確保護動作標(biāo)準(zhǔn)，如過流保護、差動保護、距離保護等。

最后，為提高參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性，在實際調(diào)整參數(shù)之前，維修人員可采用模擬軟件進行測試，以驗證所設(shè)定的參數(shù)是否能夠有效識別故障并在正確的時間內(nèi)動作。精確設(shè)置參數(shù)后，為避免繼電保護裝置故障，應(yīng)定期對繼電保護裝置進行維護，包括清潔、檢查接線、檢測設(shè)備性能等，以確保裝置處于良好狀態(tài)，并建立備份系統(tǒng)，確保在主要保護裝置出現(xiàn)故障時，可以快速切換到備用系統(tǒng)，減少系統(tǒng)停運時間。

（二）控制線路修復(fù)與增強

首先，處理發(fā)電廠電力系統(tǒng)中控制線路故障的關(guān)鍵在于迅速識別故障點并進行有效修復(fù)，通過上述方法確定故障位置后，立即斷開故障段落，采取必要的維修措施：對于簡單的線路故障，如接觸不良或斷線，可以直接進行修復(fù)或更換受損部件；對于反復(fù)出現(xiàn)故障的線路，需要考慮對其進行增強處理，比如，更換更高質(zhì)量的線材，改善線路布局，增加線路的機械強度，或引入更先進的絕緣材料等以提高抗干擾能力。

其次，為了減少控制線路故障的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)定期進行線路檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，比如，對連接點的緊固、絕緣性能的檢查以及線路的清潔工作，并優(yōu)化控制線路的布線設(shè)計，減少線路之間的交叉和干擾，特別是在電磁干擾可能較高的區(qū)域，應(yīng)盡可能地屏蔽線路或增加距離。

最后，采用備用線路或雙路系統(tǒng)，確保主要控制信號的傳輸在一條線路發(fā)生故障時不受影響，以顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。考慮到控制線路故障的處理不僅依賴于技術(shù)和設(shè)備，也依賴于操作人員和維護人員的專業(yè)技能和快速響應(yīng)能力，所以應(yīng)定期進行故障處理和維護培訓(xùn)，提高人員對于故障診斷、應(yīng)急處理和系統(tǒng)恢復(fù)的能力。

（三）提升備用供電系統(tǒng)可靠性

首先，備用供電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計為能夠在主電源失敗時迅速且自動切換，以保證關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)不間斷運行，可采用雙電源供電系統(tǒng)，其中包括交流（AC）和直流（DC）供電系統(tǒng)，以及安裝自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS），ATS能夠在檢測到主電源中斷時自動從備用電源供電，減少切換時間，并降低人為操作失誤風(fēng)險。

其次，針對備用電源自動切換故障的具體處理，技術(shù)人員應(yīng)確保備用電源系統(tǒng)配置能滿足最壞情況下的電力需求。維修人員可對備用電源的容量、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度進行全面評估，備用電源應(yīng)具有足夠的容量，以支撐關(guān)鍵負(fù)荷在主電源失效時的運行需求。在自動切換邏輯方面，可采用雙重或多重監(jiān)測機制來判斷主電源是否失效，從而觸發(fā)備用電源的啟動和切換，此部分邏輯控制可通過模擬各種故障情況進行充分測試，以確保在實際操作中的有效性。

再次，完成上述設(shè)置后，維修人員應(yīng)再次模擬電源故障情況測試備用供電系統(tǒng)的響應(yīng)時間和切換操作的可靠性，具體模擬項目可包括測試自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、斷路器、繼電器和其他保護裝置的功能，確保它們在需要時能夠正確響應(yīng)。

最后，升級備用供電系統(tǒng)中的監(jiān)控和診斷技術(shù)，利用先進的監(jiān)控系統(tǒng)，如智能傳感器和故障診斷軟件，實時監(jiān)測備用電源系統(tǒng)的狀態(tài)，并在發(fā)現(xiàn)異常時立即報警。同時為保證備用電源自動切換系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)定期進行系統(tǒng)的維護和測試，對所有組件的物理檢查、功能測試以及模擬主電源失效進行切換演練，確保系統(tǒng)在需要時能夠無縫接管電源供應(yīng)。

（四）結(jié)合信息化技術(shù)采取預(yù)防性維護

考慮到在發(fā)電廠電力系統(tǒng)中，電氣二次系統(tǒng)故障類型較多，如果僅依靠發(fā)現(xiàn)故障處理故障的模式，極易對發(fā)電廠生產(chǎn)造成影響，所以在處理策略中應(yīng)結(jié)合信息化技術(shù)采取預(yù)防性維護，其中的信息化技術(shù)包括但不限于數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）和云計算等。

首先，利用信息化技術(shù)對系統(tǒng)的運行狀況進行實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)故障的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防。在具體應(yīng)用中，可以實施高級數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法，其中包括監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)，在監(jiān)督學(xué)習(xí)中，該算法通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集（此類數(shù)據(jù)集標(biāo)注了正常運行狀態(tài)與各種故障狀態(tài)）學(xué)習(xí)，能夠?qū)W習(xí)到在特定條件下出現(xiàn)的故障特征，進而在實時數(shù)據(jù)中識別這些特征。無監(jiān)督學(xué)習(xí)可在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)之前未知的模式或異常，比如，利用時間序列分析，可以監(jiān)測電壓或電流的波動情況，并依托無監(jiān)督學(xué)習(xí)模式分析這些參數(shù)隨時間的變化趨勢，以識別出不符合正常運行模式的波動，預(yù)示潛在的設(shè)備故障或性能下降。

其次，對比實時數(shù)據(jù)與歷史運行數(shù)據(jù)，利用算法識別即將發(fā)生的故障，預(yù)測故障的發(fā)展趨勢。具體而言，此功能是通過收集電力系統(tǒng)運行中的大量數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度等參數(shù)，利用機器學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)進行分析，識別出可能導(dǎo)致電氣二次系統(tǒng)故障的異常模式。此種預(yù)測性維護策略允許維護團隊在問題升級成昂貴的維修或更嚴(yán)重的停機之前采取行動，從而極大地減少了維護成本和系統(tǒng)停機時間。

再次，整合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)進行設(shè)備監(jiān)控和管理，在電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件上安裝傳感器，利用傳感器實時收集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央監(jiān)控系統(tǒng)，維護團隊可以遠程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，并在問題成為故障前進行干預(yù)，同時將收集到的大量數(shù)據(jù)存儲在云平臺，云平臺的靈活性和可擴展性使得電力系統(tǒng)能夠?qū)崟r分析更多的數(shù)據(jù)，更快地做出決策，從而提高和增強預(yù)防性維護的效率和效果。

最后，建立綜合信息化管理系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)整合上述所有技術(shù)，提供統(tǒng)一的平臺，用于監(jiān)控和管理電力系統(tǒng)的運行。此系統(tǒng)不僅應(yīng)包括實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障預(yù)測，還包括資產(chǎn)管理、維護計劃安排，以及應(yīng)急響應(yīng)機制，以確保所有的預(yù)防性維護活動都是基于最新的數(shù)據(jù)和分析，從而最大限度地減少電氣二次系統(tǒng)故障的發(fā)生。

四、結(jié)語

綜上所述，本文主要探討發(fā)電廠電力系統(tǒng)中涉及的各類故障診斷與處理技術(shù)，探討在繼電保護設(shè)置錯誤、控制線路故障，以及備用電源自動切換故障等常見問題上的診斷方法和處理技術(shù)，旨在提升故障處理的效率和準(zhǔn)確性。隨著新技術(shù)、新材料以及新算法的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，相關(guān)人員應(yīng)不斷創(chuàng)新，在實際工作中使用新技術(shù)，更好地預(yù)防、診斷并處理發(fā)電廠電力系統(tǒng)中的故障問題。

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作者簡介：王興（1984），男，河北省邢臺市人，本科，工程師，主要研究方向為電氣一次設(shè)備檢維、修，電氣二次系統(tǒng)、繼電保護及自動裝置排故。