关于发电厂电气运行故障问题分析

◎黄鹏

电力是现代社会进步与发展不可或缺的一部分。随着人类社会生产生活对电力资源的需求不断提升，电力工程建设也在飞跃式的前进。同时，发电类型越来越多样化。大、中、小型的火力发电站、水利发电站、核电站、风能发电站、光伏发电站等等。不同的发电站发电形式存在千差万别的差异，但发电厂在运行中的故障却大同小异。几乎所有的发电厂都面临着电气接地隐患、发电机工作温度过高、备用电源切换不畅、发电机运行电压波动、操作不规范等问题而引发的各类电气故障问题。电气运行故障的发生不仅会导致电气设备使用寿命缩短，还存在人员伤亡的安全风险，伴随着不同程度的经济损失。研究发电厂电气运行故障问题及解决策略对提升电厂运行的安全性、可靠性及提升发电厂运行的综合效益有着重要的意义。

一、发电厂电气运行中的常见问题

（一）不规范接地隐患

发电厂的电气设备都需要做接地保护来增加电气设备运行的安全性。工作接地、保护接地、重复接地处理是否规范时影响电气设备运行是否发生电位差的关键。在工作接地不规范的情况下，发生雷电天气或输电线电压波动时，极易造成电气设备运行的安全隐患，导致输电线路短路、断路、电气元件烧毁等问题。在工作接地中，常见的问题为防雷接地不当、直接接地位置不合理。保护接地中最常见的问题为接地线绝缘层损坏、漏电及带电设备接地线路不规范的问题。在重复接地中，最常见的是重复接地点的数量阿甘不足、接头防腐处理不当或发生锈蚀后未能及时发现等。

（二）发电机组工作温度过高或异常升高

发电机组温度过高或温度异常升高的问题是许多发电厂普遍存在的问题。当发电机组处于电网超负荷运行状态下时间较长时，机组冷却系统提供的辅助冷却作用不足以满足发电机组的散热需求，就会导致发电机工作温度过高的问题。电网超负荷多发生在用电高峰时段或调峰时段。发电机在高温状态下工作容易加速机组的老化和故障，同时还会导致发电机组发电效率和电能转化率降低，从而影响电厂的发电效益。此外，发电机组内部发生机械故障，也会导致发电机组内部在运行状态下升温较快。一般发电机组内部机械故障造成的机组过热为突发性的，伴随着干点机组电气故障或测量回路的故障。如轴承损坏、键槽损坏、内部线路短路等，都会造成局部发热，机组内部升温较快，导致发电机组工作时出现温度过高的问题。

（三）备用电源切换不畅

为应对发电厂运行中的突发事件及一些不可控因素造成的电源故障问题，发电厂都设置备用电源。备用电源在自动化切换过程中会由于电压变化的原因造成切换不畅的问题。或由于电机电压与电源电压不匹配，造成电源切换启动潮湿，从而导致电源自动化切换不畅。此外，备用单元在连接电气设备时本身会发生母线电压增大的问题，而电机电压在电源切换过程中为电压衰减的过程，此时，发电机系统在发生连锁反应状态下会发生紊乱，表现为备用电源自动切换不畅的问题。

（四）发电机运行电压波动

发电机运行的实际电压与额定电源存在较大的差值时，会造成电力系统运行不稳定，出现电网电压波动。此外，发电机电压不稳还会造成供电不稳定、供电线路电路等问题，导致发电厂发生直接或间接的经济损失。发电机额定电压与实际运行电压相差5%时，会影响转子转速及做工情况。发动机实际电压低于额定电压5%时，定子绕组铁芯会发生工作不饱和状态，引起震荡、失步异常。同时，还会对关联负载设备造成电压波动异常、定子绕组工作温度异常等问题。当发动机实际电压高于额定电压5%时，转子、电机励磁中的电流增多，转子工作负荷加大，造成工作温度异常升高。转子长期工作温度较高会加速老化速度，从而缩短使用寿命。

（五）操作不规范

发电厂电气运行一些需要依靠人为操作的设备，在操作管理过程中会因为操作不规范或操作流程的错误，引发电气设备故障或人员伤亡等安全事故。发电厂设备人为操作不规范的问题多发于高压开关柜、隔离开关合闸、接地线处理等操作流程较为复杂的设备管理中。此外，出人为对设备操作不规范问题外，在发电厂电气设备管理中还存在对设备操作记录不全，或记录不符合标准，或记录不详细、记录不准确等问题。设备操作记录中存在的问题会成为发电厂电气运行后续操作及故障维修的障碍。

二、发电厂电气运行故障的原因

（一）设备老旧化

发电厂电气设备随着运行年限的增加，设备电气元件及线路难免会发生机械磨损、线路老化等问题，导致电气设备整体因老旧化问题表现出运行状态不稳定的问题。老旧化的设备相对于新设备而言，故障的发生率更高。由于电气设备老旧化问题，还会带来电气系统运行过程中电压的变化，进而影响发动机运行的工作状态、电源性能、设备运行安全、系统稳定性等等的问题。由于电气系统运行中电气设备的关联性较强，一些电气设备的老旧化问题还会给其他电气设备运行造成负担，导致其他电气设备运行寿命缩短，故障发生率增高，发电机稳定性变差。在电气设备老旧化问题较为严重的发电厂，设备的老旧化问题是造成发电机系统运行混乱及影响电气接地安全的重要原因之一。

（二）线路绝缘性能降低

电气设备线路良好的绝缘性能时保证电力系统可靠性运行的关键。一部分电气设备的绝缘层因为使用年限较长，或因为机械损坏，或因为电气设备运行故障连锁反应等问题，表现为线路绝缘性能降低，电气设备运行的安全性也因此降低，电气运行的系统性故障发生率就会上升。

（三）发动机电压异常

发动机是发电厂的核心设备之一。发电机的运行状态对发电厂电力系统运行稳定性有着直接的影响。当发动机发生电压异常时，相关联的电气设备运行都会发生一系列的变化。最常见的是对电源性能、电气接地、转子、定子等造成的工作状态的变化。如备用电源切换滞后、定子工作不饱和、转子工作温度异常、电气保护接地失效等问题。因此，发动机电压异常也是电气设备运行故障的根源性原因之一。

（四）电气设备接地问题

规范合理的电气接地是提升发电厂电气运行安全的重要保障。发电厂的接地包括直流接地、交流接地两种处理。在接地处理上，多见接地保护未到预期效果，进而导致接地线路对电气设备在电气运行故障问题时保护失效，难以为此电气系统的正常运行。接地问题中最常见的包括接地短路、电机绕组与外壳发生接触不良问题、接地绝缘线路老化或损坏、接地装置锈蚀等问题。部分发电厂还存在一些不正确的接地方式，成为电气运行故障发生的诱因之一。

三、发电厂电气运行故障的预防策略

（一）强化地线设计的合理性

发电厂在规划建设电力系统时应根据实际情况加强接地线设计的合理性。火力发电厂、水利发电厂、光伏发电厂、风能发电场设备运行状态存在差异性，在接地线路的设计上应根据不同发电类型及发电设备运行状态设计不同形式的接地线路。如火力发电厂更适合环路式接地线路。此外，接地线路设计上应合理的选择直流接地或交流接地。不同电气设备的接地处理，应根据设备的保护需求设计接地线路，正确的选择工作接地、保护接地。对于配电系统部分，应增加重复接地点的数量，来保证人员的安全性。

（二）加强发电机机组运行的温度监测及冷却

鉴于发电机温度异常可能引起的一系列电气运行故障问题，发电站需要加强对于发电机组运行温度的监测，同时优化冷却系统，根据发电机运行实际需求选择冷却装置型式。在风冷装置能够满足发电机组运行的散热需求时，优先选择风冷系统。对于发电功率较大的发电机组，则建议选择优先水冷系统的冷却装置。此外，还要加强对冷却系统的运维管理，检查冷却系统是否存在漏液、冷却液不足等问题。要及时排除冷却系统的问题，保障发电机组稳定运行，以免造成发电机组在运行过程中内部散热不佳，导致发电机组运行时异常升温。

（三）做好电气设备运维检修和信息化管理

电气设备及其线路都有一定的生命周期。随着使用时间的增长，设备电气元气及线路难免会发生老化或机械损坏。如电气元件磨损、绝缘层破损等问题。这些小问题经年累月就成为电气运行故障的根源所在。针对小问题和潜在的故障隐患，预防的关键在于及时检修和更换老旧或损伤的元件、线路，来保证电气设备系统运行的可靠性。为了保证发电厂电气系统整体检修的全面性、可靠性，建议采用信息化平台加强电气设备运维检修的动态化管理，及时上传运维检修的记录，来保证电气运行故障检修记录的可追溯性。有了完整的电气设备运维检修的记录，还可以利用大数据分析电气设备及电气元件运行状态，根据系统故障预警或检修提示，电气设备元器件及线路损坏之前及时更换新的元器件，保持电气设备运行能有一个良好的状态，主动的预防电气运行的故障问题。

（四）稳定电压

发电厂电气运行故障多发生在电压不稳的状态下。频繁的电压不稳极易增加电网符合，造成电气系统电压电流波动，进而导致电气设备元件或线路烧毁，及其他故障的发生。因此，稳定电压是预防电气运行故障的重要途径之一。发电厂可以通过为电气设备加装各类保护装置，作为电压不稳定时对电气设备的保护。通过应用保护装置，在发生额定电压值与实际电压差值较大时启动自动保护装置，避免电气运行故障的发生。在电气保护装置设计或选择上，可以增加智能感应装置，或选择智能监测或预警效果较好的安全保护装置，来提升电气系统整体的故障预警功能。此外，还需要根据实际情况为电气保护装置设计合理的接地线路，保证保护装置线路的安全性及对电气设备保护的有效性。

（五）加强人员培训及管理

发电厂对于电气设备管理人员应加强专业技术及综合素质的培训，通知制定标准化的电气系统操作流程和操作规范。对于人员的培训工作要与发电厂电气系统的建设与规划同步。在引进新设备、新技术时，务必就新设备、新技术的操作管理对管理人员做系统的培训，来保证电气系统运行管理的规范性、标准化，预防因人员操作不规范而导致的运行故障或潜在的安全隐患的发生。

四、发电厂电气运行的常见故障及应对处理

（一）设备传输线路故障

设备传输线路故障不仅影响着电气设备的运行寿命，还威胁着人身安全。常见的设备传输线路故障有绝缘层破损、短路、断路、机械磨损、腐蚀等问题。针对设备传输线路故障，为不同的电气设备设置智能传感器，加强日常维护及监测，利用报警信号的警示及时检查线路问题。对于老旧线路或轻微损坏线路问题的，应及时更换或维修处理，保证线路绝缘层的完整、绝缘性能良好，线路运行通畅，以免应绝缘不佳导致线路间发生短路、短路或摩擦起火花等问题。

（二）发动机故障

1.温度过高。

发电机温度过高多见于机械能转热能的过程中内部散热不佳，进而引发的一系列电气系统运行故障。针对这类故障，首先应查找原因。一般情况分为两大原因。第一时发电机自身负荷状态下持续运行时间较长；第二是冷却系统损坏或冷却效果不佳。针对发电机自身运行负荷，设计合理的发电机组年运行时间及检修时间。同时，还应加强发电机组的周期性运行维护和温度测定。在测定温度偏差较大的情况需要及时调整运行时间，降低机组运行符合。对于冷却系统监测出效果不佳或故障损坏，应及时维修处理。检修人员应及时补充冷却液，做好冷却塔的维护与保养。

2.滑环碳刷冒火。

滑环碳刷冒火多发于发电机组运行年限较长及滑环碳使用时间较长而发横的元件老旧化问题所表现从故障。针对该问题，根据不同滑环碳刷的维修保护记录，及时的更换发生磨损、侵蚀等轻微损坏的滑环碳刷。在更换滑环碳刷时，检查好碳刷的型号、阻值，保证碳刷电流的一致性。

3.电压波动。

针对电压波动，需要加强发电机及定期系统运行的监测，监测各个设备运行状态下的电压、电流，并利用自动报警系统针对设置实际电压与额定电压的最大差值。在发生超过设定电压差值的范围时，系统就会自动发出报警，并提示管理人员针对电压波动做出反应。管理人员在监测到电压异常时，需要及时检查电气系统各个设备运行状态，查找问题或故障，及时排除问题，尽快是电气系统电压维持在相对稳定的范围内。

（三）设备接地故障

对于设备接地装置及接地故障，应根据原因做好接地装置的防锈蚀处理，定期检修接地线路是否发生绝缘损坏或磁场干扰，及时检修损坏线路，排除磁场干扰或增加电磁干扰装置，降低电磁干扰对接地线路的不良影响。

（四）备用设备故障

对于备用设备，应定期检测线路是否存在接触不良或元件损坏等问题（如下图1）。要及时排除备用设备的线路及电气元件隐患，保证备用设备运行的安全可靠，随时可进入安全工作状态，并支持电气系统的安全运行。对于备用电源切换问题，针对电气电气系统运行及电源切换实际需求选择电源切换方式，设计合理的电源切换等待时间，保证备用电源自动切换顺畅。

五、结语

在我国的电力系统建设及安全运行管理中，电力系统运行的可靠性始终放在第一位。电力系统的可靠运行不仅能够保护电气设备的安全运行，延长发动机及其他电气设备的使用寿命，而且还能保证稳定、高效的电力输出，提升发电厂发电的经济效益。在发电厂电气运行日常管理中，应该制定精细化管理制度，加强人员培训及管理，规范人员度电气设备运行的操作及管理，使工作人员能够及时的发现电气设备运行的安全隐患和问题，并及时针对相关故障问题，进行原因分析及问题判断，根据常见故障处理方法对各类常见问题及时应对处理故障。此外，针对可能诱发电气系统运行故障的接地隐患问题、备用电源切换不畅问题、发电机电压不稳、工作时温度异常问题的影响因素加强监测和控制，及时排除诱发电气系统运行不稳定的因素，预防电气设备常见故障的发生或对故障做出及时精准的干预，来保证发电厂电气系统的安全可靠运行。