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(fā)電廠運營過程中，雖然火力發(fā)電技術(shù)體系持續(xù)完善，發(fā)電效率不斷提高，但仍舊以大型發(fā)電機組為核心設(shè)備，機組長時間處于超負荷運行狀態(tài)，受到設(shè)備自身老化因素、環(huán)境因素的干擾影響，時常會出現(xiàn)各類運行故障問題，對火電廠電能生產(chǎn)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(xiàn)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(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 火力發(fā)電廠電氣運行常見故障及出現(xiàn)成因

1.1 發(fā)電機電壓波動

電壓作為評判供電質(zhì)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(tǒng)運行穩(wěn)定性造成負面影響，有可能引發(fā)線路短路、供電不足等故障問題的出現(xiàn)，在直接與間接層面上造成嚴重的經(jīng)濟損失。例如，當發(fā)電機實際電壓值高于額定值的5%時，將導致發(fā)電機勵磁以及轉(zhuǎn)子電流有所增加，最終導致轉(zhuǎn)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(fā)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(tài)，可能出現(xiàn)失步、震蕩等異?，F(xiàn)象。同時，在問題較為嚴重時，還將對關(guān)聯(lián)負載設(shè)備的運行狀態(tài)造成負面影響，如做功效果變差以及轉(zhuǎn)速下降等。而在發(fā)電機電壓值出現(xiàn)異常升降現(xiàn)象、電壓波動幅度較大時，也將以此為誘因?qū)е露ㄗ永@組工作溫度處于異?，F(xiàn)象，引發(fā)一系列電氣運行故障問題，造成更大損失。

1.2 發(fā)電機工作溫度異常升高

發(fā)電機組作為火電廠發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備與主要構(gòu)成部分，其工作效率直接影響火力發(fā)電廠的電能生產(chǎn)效率，并在一定意義上發(fā)揮著電網(wǎng)調(diào)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(wǎng)安全、確保實際發(fā)電量，可根據(jù)電網(wǎng)負荷的高低變化而進行適當增減，持續(xù)提供充足的上網(wǎng)電量，發(fā)電機組以及關(guān)聯(lián)設(shè)備時常處于超負荷運行狀態(tài)。在這一系統(tǒng)運行背景下，發(fā)電機組在時間、高負荷運行狀態(tài)下，將持續(xù)產(chǎn)生一定程度的鐵、銅損耗，這類損耗能量轉(zhuǎn)換為熱能。由于發(fā)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(nèi)將轉(zhuǎn)化而成的額外熱能進行有效釋放，加之發(fā)電機組的工作環(huán)境普遍為高溫環(huán)境，因此，發(fā)電機組元器件的實際老化速度遠高于預(yù)期速度，設(shè)備實際使用壽命有所縮短、運行效率下滑。而在設(shè)備工作溫度超過一定標準后，將引發(fā)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(fā)電系統(tǒng)長時間運行過程中，受到環(huán)境、人為等因素的干擾影響，偶爾出現(xiàn)各類電氣運行故障，如電機損壞、斷電等。針對這類突發(fā)性問題，為降低問題所造成的損失，保障發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，企業(yè)普遍選擇配置發(fā)電機備用電源。當發(fā)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(tǒng)進行持續(xù)供電。常見備用電源包括蓄電池以及柴油發(fā)電機。但是，在備用電源切換過程中，母線所接入電氣設(shè)備都將保持減速運行狀態(tài)，隨著時間推移，電壓持續(xù)衰減，至母線與備用電源連接時，電機將在短時間內(nèi)保持加壓狀態(tài)，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(fā)電機組出現(xiàn)啟動困難、發(fā)電機停滯等現(xiàn)象。

1.4 電氣接地問題

目前，電氣接地作為保障發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的主要技術(shù)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(yè)蓬勃發(fā)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(fā)電系統(tǒng)運行中，系統(tǒng)短路故障問題的出現(xiàn)率及故障電流有所加大，原有電氣接地措施難以發(fā)揮預(yù)期保護效果。例如，在直流系統(tǒng)出現(xiàn)任意一點接地現(xiàn)象時，并不會引發(fā)系統(tǒng)短路故障問題的出現(xiàn)，且熔斷器仍舊保持正常運行狀態(tài)。但是，如若檢修人員未及時發(fā)現(xiàn)、有效解決這一問題，將有可能以此為誘因引發(fā)接地短路故障問題。同時，當出現(xiàn)交流電接地現(xiàn)象時，電機繞組與外殼結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)接觸情況，從而導致絕緣部位出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象。這一問題的存在，對設(shè)備接地水平提出了較高要求，企業(yè)需結(jié)合系統(tǒng)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(fā)電廠電氣運行故障的有效應(yīng)對措施

2.1 合理選擇冷卻手段，做好發(fā)電機溫控工作

在發(fā)電機組長時間、超負荷運行過程中，時常產(chǎn)生銅、鐵磨損問題，損耗能量逐漸轉(zhuǎn)換為熱能。而部分發(fā)電機組的冷卻效果不理想，無法高效排出所產(chǎn)生的熱能，最終導致發(fā)電機組工作溫度異常升高，加快設(shè)備老化速度、削弱運行穩(wěn)定性能。為了有效解決這一問題，企業(yè)應(yīng)重點強化發(fā)電機組的冷卻性能，選擇恰當?shù)慕禍丶夹g(shù)及配套設(shè)施。目前，較為常見的發(fā)電機組降溫技術(shù)分為氫氣冷卻技術(shù)、密閉式水內(nèi)冷卻技術(shù)以及空氣冷卻技術(shù)，各項技術(shù)的應(yīng)用要求、適用范圍、技術(shù)特點與冷卻效果都有所不同，應(yīng)結(jié)合實際情況選擇恰當?shù)睦鋮s技術(shù)。

氫氣冷卻技術(shù)是在發(fā)電機組外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝設(shè)氫氣冷卻器，將氫氣作為冷卻介質(zhì)。氫氣具有密度小、導熱效率高、機械損失小等優(yōu)勢，在氫氣循環(huán)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(wěn)定，適用性較差。密閉式水內(nèi)冷卻技術(shù)是指在發(fā)電機組內(nèi)構(gòu)建密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，將工業(yè)冷卻水作為主要介質(zhì)，在水冷卻器運行過程中，冷卻水經(jīng)由泵輸送至水冷卻器內(nèi)，起到冷卻熱工藝介質(zhì)的作用。同時，對冷卻水進行二次換熱，在二次冷卻器內(nèi)降溫為冷卻水，再將其循環(huán)使用。這項技術(shù)的降溫效果最為顯著，且運行穩(wěn)定，得到廣泛應(yīng)用普及。空氣冷卻技術(shù)是通過配置蒸發(fā)器、鼓風機與水冷卻管等裝置，在鼓風機運行中，持續(xù)將發(fā)電機組內(nèi)的高溫空氣吸入空氣冷卻器內(nèi)，再將經(jīng)過降溫冷卻處理的冷空氣送至機組內(nèi)，從而起到循環(huán)降溫的作用。在選擇適當冷卻技術(shù)的同時，管理人員還需定期對發(fā)電機組的工作溫度進行檢查，當機組工作穩(wěn)定臨近或超過相關(guān)標準時，應(yīng)及時采取有效降溫措施，避免設(shè)備出現(xiàn)元器件加速老化現(xiàn)象。

2.2 穩(wěn)定電壓

從運行故障出現(xiàn)成因角度來看，發(fā)電機組電壓不穩(wěn)故障的出現(xiàn)成因及影響因素較為復(fù)雜，涉及諸多專業(yè)領(lǐng)域，多數(shù)中小型火電廠難以徹底解決這一故障問題。因此，基于現(xiàn)有技術(shù)條件，企業(yè)一方面應(yīng)加強相關(guān)技術(shù)研發(fā)力度，持續(xù)完善技術(shù)理論體系；另一方面，為降低發(fā)電機電壓不穩(wěn)故障所造成的損失程度，保證火電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，應(yīng)強化電機電壓監(jiān)測力度，在發(fā)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(xiàn)，可選擇運用自動化與智能化技術(shù)，構(gòu)建自動化發(fā)電機組電壓監(jiān)測系統(tǒng)。例如，在發(fā)電機組周邊配置適當型號的傳感器，傳感器持續(xù)對機組電壓信息進行采集，將采集數(shù)據(jù)提交至監(jiān)測中心。當系統(tǒng)監(jiān)測到發(fā)電機組電壓值出現(xiàn)異常波動現(xiàn)象，或是過高與過低時，將自動向管理人員與維護人員發(fā)送預(yù)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(shè)計合理

結(jié)合火電廠發(fā)電系統(tǒng)接地保護措施的實際應(yīng)用效果，對接地設(shè)計方案進行優(yōu)化調(diào)整，唯有如此，方可為火電廠發(fā)電系統(tǒng)運行安全、工作人員人身安全提供有力保障。例如，企業(yè)可選擇基于人體電阻以及接地電阻并聯(lián)原理，優(yōu)先采取環(huán)路式接地線措施。將接地線電阻值控制在合理范圍內(nèi)，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(shè)備接地裝置的運行可靠性。在任意一處接地線出現(xiàn)故障問題時，也可將電氣運行故障出現(xiàn)率控制在較低范圍內(nèi)，保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.4 強化設(shè)備檢修維護力度

出現(xiàn)電氣運行故障時，往往會顯露出相對明顯的征兆，如發(fā)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(fā)現(xiàn)、有效解決各類電氣運行故障問題，不但會對火電廠發(fā)電生產(chǎn)效率造成不利影響，還將造成不可估量的經(jīng)濟損失，并在嚴重時導致電氣設(shè)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(yīng)重點開展系統(tǒng)性、針對性的電氣設(shè)備維修保養(yǎng)工作，定期對各類電氣設(shè)備的運行情況進行檢查，并評估設(shè)備在未來一定時間范圍內(nèi)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、有效預(yù)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(tài)預(yù)測法。配置適當數(shù)量及型號的傳感器，持續(xù)采集電氣設(shè)備的運行參數(shù)，在其基礎(chǔ)上綜合評估各類電氣設(shè)備的實時工況，以及各類運行故障問題的出現(xiàn)率。隨后，在設(shè)備工況評估報告基礎(chǔ)上，針對性地制訂設(shè)備檢修工作計劃，重點對設(shè)備故障高發(fā)區(qū)域進行維護保養(yǎng)，并解決所發(fā)現(xiàn)的故障隱患。同時，構(gòu)建長效機制，明確界定各部門及人員的權(quán)責范圍、工作內(nèi)容，定期開展人員專業(yè)素養(yǎng)培訓、安全生產(chǎn)教育工作，持續(xù)完善電氣設(shè)備檢修管理體系，確保各項故障應(yīng)對措施、設(shè)備維護檢修工作制度得到貫徹落實與有效執(zhí)行。

3 結(jié)束語

綜上所述，火電廠發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各類常見電氣運行故障的出現(xiàn)成因很多。在系統(tǒng)運行中，任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作不當問題時，都將對系統(tǒng)發(fā)電效率及運行穩(wěn)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(xiàn)成因，針對故障問題采取科學的應(yīng)對措施，定期開展設(shè)備維護檢修工作，推動火力發(fā)電廠及電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。