發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行中常見故障及應(yīng)對措施研究

引言

以火力發(fā)電為例,發(fā)電廠主要由鍋爐及其附屬設(shè)備、汽輪機(jī)及其附屬設(shè)備、發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)、電能變換部分等構(gòu)成。其中,后兩個(gè)部分涉及大量電氣設(shè)備,是發(fā)電廠運(yùn)維檢修的重點(diǎn)。本文將剖析發(fā)電廠電氣設(shè)備的常見故障,并提出針對性措施,以期為提升發(fā)電廠電力生產(chǎn)的可靠性提供借鑒。

1發(fā)電廠電氣設(shè)備常見故障分析

發(fā)電廠是將化石能源轉(zhuǎn)化為符合傳輸要求的電能的單位。發(fā)電廠的工作主流程為供用電流程,涉及的電氣設(shè)備有發(fā)電機(jī)、變壓器等。此外,發(fā)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)還需要廠用電流程的支撐,廠用電流程用于場內(nèi)綜自設(shè)備、繼保設(shè)備等的控制以及照明、事故應(yīng)急等場合,其涉及的設(shè)備有配電器、開關(guān)等。由于發(fā)電廠設(shè)備振動(dòng)大、磨損快,環(huán)境中粉塵多,因此電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的概率較大,需要作細(xì)致分析。

1.1備用電源自動(dòng)切換故障

為應(yīng)對各類不確定情況,在發(fā)電廠廠用電流程設(shè)計(jì)中往往引入備用電源。例如,為保障發(fā)電機(jī)的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般是雙路供電(一主一備）。根據(jù)電壓等級,備用電源一般可劃分為高、低壓兩種類型。

鑒于發(fā)電機(jī)在發(fā)電廠的重要地位,現(xiàn)主要就發(fā)電機(jī)備用電源切換異常造成的影響進(jìn)行闡述。

發(fā)電機(jī)備用電源選型方面的考量因素[2]有:(1）發(fā)電機(jī)容量:(2）控制模式:(3）發(fā)電機(jī)數(shù)量:(4）接線模式。

由此可見,給發(fā)電機(jī)配置備用電源是一項(xiàng)復(fù)雜工作,若配置不當(dāng),會(huì)引發(fā)各種問題。

(1）備用電源啟動(dòng)是需要時(shí)間的,對于發(fā)電機(jī)這類高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備體系,一旦失去主供電源,相關(guān)設(shè)備個(gè)體將立即轉(zhuǎn)入降速運(yùn)轉(zhuǎn)態(tài)勢,且降速幅度與啟動(dòng)所需時(shí)間呈正相關(guān)。

(2）如果啟動(dòng)時(shí)間超過額定值,就會(huì)導(dǎo)致鍋爐不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)(受相關(guān)電氣設(shè)備減速影響）,嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能再次運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3）由于突然加壓對發(fā)電機(jī)不利,即使備用電源在額定時(shí)間內(nèi)接入母線運(yùn)轉(zhuǎn),也有可能引起電機(jī)故障。

1.2發(fā)電機(jī)溫度過高

發(fā)電機(jī)的持續(xù)工作周期一般較長,長期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)必然耗費(fèi)大量金屬(鐵/銅）,并附帶產(chǎn)生大量熱能,這樣就可能使相關(guān)電氣設(shè)備累積熱能而導(dǎo)致溫度驟升,長此以往將有損該電氣設(shè)備的表層絕緣體(老化加快）,最終致使電氣設(shè)備的運(yùn)行年限縮減。根據(jù)相關(guān)研究,以上過程的進(jìn)展速度與設(shè)備溫度呈正相關(guān),特別當(dāng)溫度越過臨界點(diǎn)溫度后,老化速度加快,不但對發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成威脅,還可能引發(fā)人身安全事故。

1.3電氣設(shè)備接地故障

對電氣設(shè)備作接地處理是保障設(shè)備正常運(yùn)行和作業(yè)人員安全的必然措施,但接地體系若出現(xiàn)短路故障,將帶來很大的安全隱患。

發(fā)電廠接地故障主要形式有:(1）直流接地故障。當(dāng)直流發(fā)生接地故障但不短路時(shí),因其熔斷器不會(huì)熔斷,使檢修人員誤認(rèn)為一切正常,忽視相關(guān)操作注意點(diǎn),導(dǎo)致故障擴(kuò)大。（2）交流接地故障。如電動(dòng)機(jī)繞組受潮而形成的接地故障。（3）接地失效。當(dāng)前的接地材料和接引線以扁鋼為主,而扁鋼在長期運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)腐蝕及磨損現(xiàn)象,可能造成接地失效。

1.4電氣設(shè)備電壓超載故障

穩(wěn)定合理的電壓值對電氣設(shè)備效能的發(fā)揮至關(guān)重要。一般要求電壓波動(dòng)不超過額定值的5%。

對于發(fā)電機(jī)設(shè)備體系來說:

（1）當(dāng)電壓高于額定值時(shí),勵(lì)磁會(huì)提高（因設(shè)備容量發(fā)生變動(dòng)）,促使轉(zhuǎn)子電流加大,這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)溫升效應(yīng),從而帶來加速老化和鐵/銅損耗增加等不利后果。

(2）當(dāng)電壓低于額定值時(shí),繞組鐵芯等發(fā)電機(jī)部件的穩(wěn)定性變差,表現(xiàn)為不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。電壓過低還會(huì)引發(fā)相關(guān)機(jī)械設(shè)施的非正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2應(yīng)對措施

2.1冷卻手段合理化

為杜絕因熱量累積而造成的溫升效應(yīng),必須及時(shí)排出發(fā)電機(jī)設(shè)備體系的熱量,并引入有效的冷卻手段。根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)前用于發(fā)電廠的主要冷卻手段有:

（1）水內(nèi)冷卻方式。該方法使用簡便、安全穩(wěn)定,且散熱性能良好,一般被用于發(fā)電量較大的發(fā)電機(jī)組中。

(2）氫氣冷卻方式。H2密度小,用其作為熱量載體將取得非常好的散熱效果,同時(shí)無需在通風(fēng)設(shè)備中投入較多資金,但H2極易可燃,存在一定安全隱患(發(fā)電廠是高溫工作環(huán)境）。

(3）密閉式空氣冷卻方式。該方式以相對封閉的環(huán)境作為冷卻工作環(huán)境,可以顯著減少冷卻介質(zhì)與外界的接觸,這樣就能避免系統(tǒng)堵塞,充分發(fā)揮冷卻功能。該方式宜用于發(fā)電環(huán)境較為復(fù)雜的火力發(fā)電廠,但是成本相對較高。

綜上,不同類別的發(fā)電廠可結(jié)合自身情況,在科學(xué)論證的條件下合理選擇冷卻手段,以提升發(fā)電廠綜合效益。

2.2完善電氣設(shè)備的定期運(yùn)檢工作

發(fā)電廠電氣設(shè)備所出現(xiàn)的備用電源自動(dòng)跳閘、接地線短路等故障,從根本上來說是運(yùn)維不到位造成的。因此,首先要梳理相關(guān)責(zé)任體系(明晰各部門、各崗位職責(zé),責(zé)任到個(gè)人）,完善操作制度(嚴(yán)格要求作業(yè)人員遵循操作流程）,一旦出現(xiàn)非特殊原因設(shè)備故障,將追究相關(guān)人員的責(zé)任。

其次要切實(shí)履責(zé)電氣設(shè)備的定期運(yùn)檢工作:

(1）在日常巡視中,一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障征兆或隱患苗頭,應(yīng)合理安排設(shè)備運(yùn)行方式,對其進(jìn)行及時(shí)有效的處置,并做好檢修記錄:

(2）對于暫時(shí)完好的設(shè)備,要按規(guī)定做好養(yǎng)護(hù)工作,以縮減維修頻率:

(3）引進(jìn)高科技檢測手段,如紅外檢測、在線監(jiān)測等,嘗試狀態(tài)檢修模式。

對于故障的緊急處理:(1）若為母線短路等內(nèi)部故障,經(jīng)細(xì)致檢查后未檢出問題,則可重啟主電源:(2）若為外部故障,則應(yīng)將電氣設(shè)備隔離后再行處置。

2.3依托實(shí)時(shí)監(jiān)控維系電壓穩(wěn)定

穩(wěn)定、合規(guī)的電壓對于發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備的安全可靠運(yùn)行起著不可替代的作用。但電壓變化只在瞬息之間,且引發(fā)電壓不穩(wěn)的因素較多,很難一一把控。因此,必須對關(guān)鍵點(diǎn)的電壓實(shí)施在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)電壓超限報(bào)警,應(yīng)立即對相關(guān)電氣設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行查驗(yàn),若發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在運(yùn)行異常,可根據(jù)事先編制的應(yīng)急處置條例酌情切除部分負(fù)載,以使電壓回歸正常水平。當(dāng)情況較為嚴(yán)重時(shí),則應(yīng)直接拉閘主電源,以保障設(shè)備和人身安全。

另外,為了達(dá)到智能化處置要求,應(yīng)該給重要電氣設(shè)備增配電壓保護(hù)裝置。例如,對直流系統(tǒng)蓄電池充電模塊中的高頻整流開關(guān)增配失壓脫扣裝置,可在全廠失電后恢復(fù)廠用電的情況下避免燒毀充電模塊(全廠失電后恢復(fù)廠用電過程中,直流充電模塊除了承擔(dān)蓄電池充電任務(wù)外,還要承載直流油泵的工作電流,可能會(huì)因負(fù)載過大而燒毀）。

2.4優(yōu)化接地線結(jié)構(gòu)

雖然接地故障占據(jù)發(fā)電廠電氣設(shè)備故障的比例較大,但對電氣設(shè)備設(shè)計(jì)接地線是為了保護(hù)設(shè)備及工作人員的安全,不能予以更改。為了盡可能避免接地故障的發(fā)生,一個(gè)行之有效的措施就是優(yōu)化接地線結(jié)構(gòu)。例如,采用環(huán)路式接地線結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是某一接地線發(fā)生故障不會(huì)影響其他線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn),能大幅提升設(shè)備運(yùn)行的安全性(實(shí)際就是最大限度地降低了接地故障造成的影響）。

另外,為了提升電氣設(shè)備運(yùn)維的智能化水平,宜給電氣設(shè)備增配接地線報(bào)警裝置,以實(shí)現(xiàn)對接地線情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障快速排查。

3結(jié)語

發(fā)電廠內(nèi)電氣設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行對保證電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義,發(fā)電廠應(yīng)該以運(yùn)行、檢修的相關(guān)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為依托,對發(fā)電廠電氣設(shè)備的故障進(jìn)行詳盡分析,并找到應(yīng)對措施,以不斷提升發(fā)電廠電力生產(chǎn)的效率,為多供電、供好電"戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。