火力发电厂电气运行故障及应对措施

刘 杰

（中国电建集团核电工程有限公司，山东 济南 250102）

在火力发电厂运营过程中，虽然火力发电技术体系持续完善，发电效率不断提高，但仍旧以大型发电机组为核心设备，机组长时间处于超负荷运行状态，受到设备自身老化因素、环境因素的干扰影响，时常会出现各类运行故障问题，对火电厂电能生产效率造成负面影响。问题严重时，会导致火电厂运作停滞。因此，必须深入了解各项电气运行故障问题的出现成因，并采取有效的解决措施，从根源上解决这一问题，消除隐患，保障电力系统的安全稳定运行。

1 火力发电厂电气运行常见故障及出现成因

1.1 发电机电压波动

电压作为评判供电质量的重要衡量指标，如若实际电压值低于或高于额定值的一定比例，都将对用户用电体验、电力系统运行稳定性造成负面影响，有可能引发线路短路、供电不足等故障问题的出现，在直接与间接层面上造成严重的经济损失。例如，当发电机实际电压值高于额定值的5%时，将导致发电机励磁以及转子电流有所增加，最终导致转子绕组的工作温度升高、加快老化速度、缩减实际使用寿命。

当发电机实际电压值低于额定值的5%及以上时，将导致定子绕组铁芯长时间处于不饱和工作状态，可能出现失步、震荡等异常现象。同时，在问题较为严重时，还将对关联负载设备的运行状态造成负面影响，如做功效果变差以及转速下降等。而在发电机电压值出现异常升降现象、电压波动幅度较大时，也将以此为诱因导致定子绕组工作温度处于异常现象，引发一系列电气运行故障问题，造成更大损失。

1.2 发电机工作温度异常升高

发电机组作为火电厂发电系统中的核心设备与主要构成部分，其工作效率直接影响火力发电厂的电能生产效率，并在一定意义上发挥着电网调峰作用，其重要性不言而喻。因此，在火电厂运营过程中，为保障电网安全、确保实际发电量，可根据电网负荷的高低变化而进行适当增减，持续提供充足的上网电量，发电机组以及关联设备时常处于超负荷运行状态。在这一系统运行背景下，发电机组在时间、高负荷运行状态下，将持续产生一定程度的铁、铜损耗，这类损耗能量转换为热能。由于发电机组的排热性能有所不足、冷却效果不理想，难以在短时间内将转化而成的额外热能进行有效释放，加之发电机组的工作环境普遍为高温环境，因此，发电机组元器件的实际老化速度远高于预期速度，设备实际使用寿命有所缩短、运行效率下滑。而在设备工作温度超过一定标准后，将引发一系列电气运行故障。

1.3 备用电源自动切换不顺畅

在火电厂发电系统长时间运行过程中，受到环境、人为等因素的干扰影响，偶尔出现各类电气运行故障，如电机损坏、断电等。针对这类突发性问题，为降低问题所造成的损失，保障发电系统的安全、稳定运行，企业普遍选择配置发电机备用电源。当发电机组处于没电与断电条件时，自动切换备用电源，保证机组安全停运，并对DCS等系统进行持续供电。常见备用电源包括蓄电池以及柴油发电机。但是，在备用电源切换过程中，母线所接入电气设备都将保持减速运行状态，随着时间推移，电压持续衰减，至母线与备用电源连接时，电机将在短时间内保持加压状态，进而对电机造成不利影响，且切换电源所造成的影响程度视电机容量而定。同时，在备用电源没有得到快速启动，或是电源切换时间超过一定标准后，都将导致发电机组出现启动困难、发电机停滞等现象。

1.4 电气接地问题

目前，电气接地作为保障发电系统安全、稳定运行的主要技术手段，可将其分为交流接地及直流接地两种。近年来，在我国电力事业蓬勃发展的同时，电能消耗量及用电负荷也在不断增大，导致电压等级同步提高。因此，在火电厂发电系统运行中，系统短路故障问题的出现率及故障电流有所加大，原有电气接地措施难以发挥预期保护效果。例如，在直流系统出现任意一点接地现象时，并不会引发系统短路故障问题的出现，且熔断器仍旧保持正常运行状态。但是，如若检修人员未及时发现、有效解决这一问题，将有可能以此为诱因引发接地短路故障问题。同时，当出现交流电接地现象时，电机绕组与外壳结构有可能出现接触情况，从而导致绝缘部位出现明显老化现象。这一问题的存在，对设备接地水平提出了较高要求，企业需结合系统运行情况，对原有接地保护措施进行更新补充，采取正确接地方式。

2 火力发电厂电气运行故障的有效应对措施

2.1 合理选择冷却手段，做好发电机温控工作

在发电机组长时间、超负荷运行过程中，时常产生铜、铁磨损问题，损耗能量逐渐转换为热能。而部分发电机组的冷却效果不理想，无法高效排出所产生的热能，最终导致发电机组工作温度异常升高，加快设备老化速度、削弱运行稳定性能。为了有效解决这一问题，企业应重点强化发电机组的冷却性能，选择恰当的降温技术及配套设施。目前，较为常见的发电机组降温技术分为氢气冷却技术、密闭式水内冷却技术以及空气冷却技术，各项技术的应用要求、适用范围、技术特点与冷却效果都有所不同，应结合实际情况选择恰当的冷却技术。

氢气冷却技术是在发电机组外壳结构内部装设氢气冷却器，将氢气作为冷却介质。氢气具有密度小、导热效率高、机械损失小等优势，在氢气循环输送、使用过程中，起到冷却作用。但是，氢气作为一种易燃、易爆气体，其化学特性不稳定，适用性较差。密闭式水内冷却技术是指在发电机组内构建密闭循环冷却水系统，将工业冷却水作为主要介质，在水冷却器运行过程中，冷却水经由泵输送至水冷却器内，起到冷却热工艺介质的作用。同时，对冷却水进行二次换热，在二次冷却器内降温为冷却水，再将其循环使用。这项技术的降温效果最为显著，且运行稳定，得到广泛应用普及。空气冷却技术是通过配置蒸发器、鼓风机与水冷却管等装置，在鼓风机运行中，持续将发电机组内的高温空气吸入空气冷却器内，再将经过降温冷却处理的冷空气送至机组内，从而起到循环降温的作用。在选择适当冷却技术的同时，管理人员还需定期对发电机组的工作温度进行检查，当机组工作稳定临近或超过相关标准时，应及时采取有效降温措施，避免设备出现元器件加速老化现象。

2.2 稳定电压

从运行故障出现成因角度来看，发电机组电压不稳故障的出现成因及影响因素较为复杂，涉及诸多专业领域，多数中小型火电厂难以彻底解决这一故障问题。因此，基于现有技术条件，企业一方面应加强相关技术研发力度，持续完善技术理论体系；另一方面，为降低发电机电压不稳故障所造成的损失程度，保证火电厂发电系统的安全、稳定运行，应强化电机电压监测力度，在发电机工作电压高于或低于额定值5%时，及时上报问题，分析问题成因，并采取有效解决措施。这一目的的实现，可选择运用自动化与智能化技术，构建自动化发电机组电压监测系统。例如，在发电机组周边配置适当型号的传感器，传感器持续对机组电压信息进行采集，将采集数据提交至监测中心。当系统监测到发电机组电压值出现异常波动现象，或是过高与过低时，将自动向管理人员与维护人员发送预警信号，并基于程序运行准则采取有效控制措施，如切断部分负电荷。

2.3 保证接地线设计合理

结合火电厂发电系统接地保护措施的实际应用效果，对接地设计方案进行优化调整，唯有如此，方可为火电厂发电系统运行安全、工作人员人身安全提供有力保障。例如，企业可选择基于人体电阻以及接地电阻并联原理，优先采取环路式接地线措施。将接地线电阻值控制在合理范围内，即可起到控制流向人体的电流值的作用。同时，采取这一接线措施，也将有效强化电气设备接地装置的运行可靠性。在任意一处接地线出现故障问题时，也可将电气运行故障出现率控制在较低范围内，保证发电系统的稳定运行。

2.4 强化设备检修维护力度

出现电气运行故障时，往往会显露出相对明显的征兆，如发电机组工温度异常升高、电压值大幅波动、备用电源启动时间过长等。若没有及时发现、有效解决各类电气运行故障问题，不但会对火电厂发电生产效率造成不利影响，还将造成不可估量的经济损失，并在严重时导致电气设备损坏，使用寿命缩短。因此，为强化电气运行故障处理能力，应重点开展系统性、针对性的电气设备维修保养工作，定期对各类电气设备的运行情况进行检查，并评估设备在未来一定时间范围内的运行状态，及时发现、有效预防各类电气运行故障。例如，可组合运用计划性维修法与状态预测法。配置适当数量及型号的传感器，持续采集电气设备的运行参数，在其基础上综合评估各类电气设备的实时工况，以及各类运行故障问题的出现率。随后，在设备工况评估报告基础上，针对性地制订设备检修工作计划，重点对设备故障高发区域进行维护保养，并解决所发现的故障隐患。同时，构建长效机制，明确界定各部门及人员的权责范围、工作内容，定期开展人员专业素养培训、安全生产教育工作，持续完善电气设备检修管理体系，确保各项故障应对措施、设备维护检修工作制度得到贯彻落实与有效执行。

3 结束语

综上所述，火电厂发电系统整体结构较为复杂，各类常见电气运行故障的出现成因很多。在系统运行中，任意环节出现操作不当问题时，都将对系统发电效率及运行稳定性造成影响。对此，必须深入分析和研究各项常见电气运行故障问题的出现成因，针对故障问题采取科学的应对措施，定期开展设备维护检修工作，推动火力发电厂及电力事业的可持续发展。