關于發電廠電氣運行故障問題分析

◎黃鵬

電力是現代社會進步與發展不可或缺的一部分。隨著人類社會生產生活對電力資源的需求不斷提升，電力工程建設也在飛躍式的前進。同時，發電類型越來越多樣化。大、中、小型的火力發電站、水利發電站、核電站、風能發電站、光伏發電站等等。不同的發電站發電形式存在千差萬別的差異，但發電廠在運行中的故障卻大同小異。幾乎所有的發電廠都面臨著電氣接地隱患、發電機工作溫度過高、備用電源切換不暢、發電機運行電壓波動、操作不規范等問題而引發的各類電氣故障問題。電氣運行故障的發生不僅會導致電氣設備使用壽命縮短，還存在人員傷亡的安全風險，伴隨著不同程度的經濟損失。研究發電廠電氣運行故障問題及解決策略對提升電廠運行的安全性、可靠性及提升發電廠運行的綜合效益有著重要的意義。

一、發電廠電氣運行中的常見問題

（一）不規范接地隱患

發電廠的電氣設備都需要做接地保護來增加電氣設備運行的安全性。工作接地、保護接地、重復接地處理是否規范時影響電氣設備運行是否發生電位差的關鍵。在工作接地不規范的情況下，發生雷電天氣或輸電線電壓波動時，極易造成電氣設備運行的安全隱患，導致輸電線路短路、斷路、電氣元件燒毀等問題。在工作接地中，常見的問題為防雷接地不當、直接接地位置不合理。保護接地中最常見的問題為接地線絕緣層損壞、漏電及帶電設備接地線路不規范的問題。在重復接地中，最常見的是重復接地點的數量阿甘不足、接頭防腐處理不當或發生銹蝕后未能及時發現等。

（二）發電機組工作溫度過高或異常升高

發電機組溫度過高或溫度異常升高的問題是許多發電廠普遍存在的問題。當發電機組處于電網超負荷運行狀態下時間較長時，機組冷卻系統提供的輔助冷卻作用不足以滿足發電機組的散熱需求，就會導致發電機工作溫度過高的問題。電網超負荷多發生在用電高峰時段或調峰時段。發電機在高溫狀態下工作容易加速機組的老化和故障，同時還會導致發電機組發電效率和電能轉化率降低，從而影響電廠的發電效益。此外，發電機組內部發生機械故障，也會導致發電機組內部在運行狀態下升溫較快。一般發電機組內部機械故障造成的機組過熱為突發性的，伴隨著干點機組電氣故障或測量回路的故障。如軸承損壞、鍵槽損壞、內部線路短路等，都會造成局部發熱，機組內部升溫較快，導致發電機組工作時出現溫度過高的問題。

（三）備用電源切換不暢

為應對發電廠運行中的突發事件及一些不可控因素造成的電源故障問題，發電廠都設置備用電源。備用電源在自動化切換過程中會由于電壓變化的原因造成切換不暢的問題。或由于電機電壓與電源電壓不匹配，造成電源切換啟動潮濕，從而導致電源自動化切換不暢。此外，備用單元在連接電氣設備時本身會發生母線電壓增大的問題，而電機電壓在電源切換過程中為電壓衰減的過程，此時，發電機系統在發生連鎖反應狀態下會發生紊亂，表現為備用電源自動切換不暢的問題。

（四）發電機運行電壓波動

發電機運行的實際電壓與額定電源存在較大的差值時，會造成電力系統運行不穩定，出現電網電壓波動。此外，發電機電壓不穩還會造成供電不穩定、供電線路電路等問題，導致發電廠發生直接或間接的經濟損失。發電機額定電壓與實際運行電壓相差5%時，會影響轉子轉速及做工情況。發動機實際電壓低于額定電壓5%時，定子繞組鐵芯會發生工作不飽和狀態，引起震蕩、失步異常。同時，還會對關聯負載設備造成電壓波動異常、定子繞組工作溫度異常等問題。當發動機實際電壓高于額定電壓5%時，轉子、電機勵磁中的電流增多，轉子工作負荷加大，造成工作溫度異常升高。轉子長期工作溫度較高會加速老化速度，從而縮短使用壽命。

（五）操作不規范

發電廠電氣運行一些需要依靠人為操作的設備，在操作管理過程中會因為操作不規范或操作流程的錯誤，引發電氣設備故障或人員傷亡等安全事故。發電廠設備人為操作不規范的問題多發于高壓開關柜、隔離開關合閘、接地線處理等操作流程較為復雜的設備管理中。此外，出人為對設備操作不規范問題外，在發電廠電氣設備管理中還存在對設備操作記錄不全，或記錄不符合標準，或記錄不詳細、記錄不準確等問題。設備操作記錄中存在的問題會成為發電廠電氣運行后續操作及故障維修的障礙。

二、發電廠電氣運行故障的原因

（一）設備老舊化

發電廠電氣設備隨著運行年限的增加，設備電氣元件及線路難免會發生機械磨損、線路老化等問題，導致電氣設備整體因老舊化問題表現出運行狀態不穩定的問題。老舊化的設備相對于新設備而言，故障的發生率更高。由于電氣設備老舊化問題，還會帶來電氣系統運行過程中電壓的變化，進而影響發動機運行的工作狀態、電源性能、設備運行安全、系統穩定性等等的問題。由于電氣系統運行中電氣設備的關聯性較強，一些電氣設備的老舊化問題還會給其他電氣設備運行造成負擔，導致其他電氣設備運行壽命縮短，故障發生率增高，發電機穩定性變差。在電氣設備老舊化問題較為嚴重的發電廠，設備的老舊化問題是造成發電機系統運行混亂及影響電氣接地安全的重要原因之一。

（二）線路絕緣性能降低

電氣設備線路良好的絕緣性能時保證電力系統可靠性運行的關鍵。一部分電氣設備的絕緣層因為使用年限較長，或因為機械損壞，或因為電氣設備運行故障連鎖反應等問題，表現為線路絕緣性能降低，電氣設備運行的安全性也因此降低，電氣運行的系統性故障發生率就會上升。

（三）發動機電壓異常

發動機是發電廠的核心設備之一。發電機的運行狀態對發電廠電力系統運行穩定性有著直接的影響。當發動機發生電壓異常時，相關聯的電氣設備運行都會發生一系列的變化。最常見的是對電源性能、電氣接地、轉子、定子等造成的工作狀態的變化。如備用電源切換滯后、定子工作不飽和、轉子工作溫度異常、電氣保護接地失效等問題。因此，發動機電壓異常也是電氣設備運行故障的根源性原因之一。

（四）電氣設備接地問題

規范合理的電氣接地是提升發電廠電氣運行安全的重要保障。發電廠的接地包括直流接地、交流接地兩種處理。在接地處理上，多見接地保護未到預期效果，進而導致接地線路對電氣設備在電氣運行故障問題時保護失效，難以為此電氣系統的正常運行。接地問題中最常見的包括接地短路、電機繞組與外殼發生接觸不良問題、接地絕緣線路老化或損壞、接地裝置銹蝕等問題。部分發電廠還存在一些不正確的接地方式，成為電氣運行故障發生的誘因之一。

三、發電廠電氣運行故障的預防策略

（一）強化地線設計的合理性

發電廠在規劃建設電力系統時應根據實際情況加強接地線設計的合理性。火力發電廠、水利發電廠、光伏發電廠、風能發電場設備運行狀態存在差異性，在接地線路的設計上應根據不同發電類型及發電設備運行狀態設計不同形式的接地線路。如火力發電廠更適合環路式接地線路。此外，接地線路設計上應合理的選擇直流接地或交流接地。不同電氣設備的接地處理，應根據設備的保護需求設計接地線路，正確的選擇工作接地、保護接地。對于配電系統部分，應增加重復接地點的數量，來保證人員的安全性。

（二）加強發電機機組運行的溫度監測及冷卻

鑒于發電機溫度異常可能引起的一系列電氣運行故障問題，發電站需要加強對于發電機組運行溫度的監測，同時優化冷卻系統，根據發電機運行實際需求選擇冷卻裝置型式。在風冷裝置能夠滿足發電機組運行的散熱需求時，優先選擇風冷系統。對于發電功率較大的發電機組，則建議選擇優先水冷系統的冷卻裝置。此外，還要加強對冷卻系統的運維管理，檢查冷卻系統是否存在漏液、冷卻液不足等問題。要及時排除冷卻系統的問題，保障發電機組穩定運行，以免造成發電機組在運行過程中內部散熱不佳，導致發電機組運行時異常升溫。

（三）做好電氣設備運維檢修和信息化管理

電氣設備及其線路都有一定的生命周期。隨著使用時間的增長，設備電氣元氣及線路難免會發生老化或機械損壞。如電氣元件磨損、絕緣層破損等問題。這些小問題經年累月就成為電氣運行故障的根源所在。針對小問題和潛在的故障隱患，預防的關鍵在于及時檢修和更換老舊或損傷的元件、線路，來保證電氣設備系統運行的可靠性。為了保證發電廠電氣系統整體檢修的全面性、可靠性，建議采用信息化平臺加強電氣設備運維檢修的動態化管理，及時上傳運維檢修的記錄，來保證電氣運行故障檢修記錄的可追溯性。有了完整的電氣設備運維檢修的記錄，還可以利用大數據分析電氣設備及電氣元件運行狀態，根據系統故障預警或檢修提示，電氣設備元器件及線路損壞之前及時更換新的元器件，保持電氣設備運行能有一個良好的狀態，主動的預防電氣運行的故障問題。

（四）穩定電壓

發電廠電氣運行故障多發生在電壓不穩的狀態下。頻繁的電壓不穩極易增加電網符合，造成電氣系統電壓電流波動，進而導致電氣設備元件或線路燒毀，及其他故障的發生。因此，穩定電壓是預防電氣運行故障的重要途徑之一。發電廠可以通過為電氣設備加裝各類保護裝置，作為電壓不穩定時對電氣設備的保護。通過應用保護裝置，在發生額定電壓值與實際電壓差值較大時啟動自動保護裝置，避免電氣運行故障的發生。在電氣保護裝置設計或選擇上，可以增加智能感應裝置，或選擇智能監測或預警效果較好的安全保護裝置，來提升電氣系統整體的故障預警功能。此外，還需要根據實際情況為電氣保護裝置設計合理的接地線路，保證保護裝置線路的安全性及對電氣設備保護的有效性。

（五）加強人員培訓及管理

發電廠對于電氣設備管理人員應加強專業技術及綜合素質的培訓，通知制定標準化的電氣系統操作流程和操作規范。對于人員的培訓工作要與發電廠電氣系統的建設與規劃同步。在引進新設備、新技術時，務必就新設備、新技術的操作管理對管理人員做系統的培訓，來保證電氣系統運行管理的規范性、標準化，預防因人員操作不規范而導致的運行故障或潛在的安全隱患的發生。

四、發電廠電氣運行的常見故障及應對處理

（一）設備傳輸線路故障

設備傳輸線路故障不僅影響著電氣設備的運行壽命，還威脅著人身安全。常見的設備傳輸線路故障有絕緣層破損、短路、斷路、機械磨損、腐蝕等問題。針對設備傳輸線路故障，為不同的電氣設備設置智能傳感器，加強日常維護及監測，利用報警信號的警示及時檢查線路問題。對于老舊線路或輕微損壞線路問題的，應及時更換或維修處理，保證線路絕緣層的完整、絕緣性能良好，線路運行通暢，以免應絕緣不佳導致線路間發生短路、短路或摩擦起火花等問題。

（二）發動機故障

1.溫度過高。

發電機溫度過高多見于機械能轉熱能的過程中內部散熱不佳，進而引發的一系列電氣系統運行故障。針對這類故障，首先應查找原因。一般情況分為兩大原因。第一時發電機自身負荷狀態下持續運行時間較長；第二是冷卻系統損壞或冷卻效果不佳。針對發電機自身運行負荷，設計合理的發電機組年運行時間及檢修時間。同時，還應加強發電機組的周期性運行維護和溫度測定。在測定溫度偏差較大的情況需要及時調整運行時間，降低機組運行符合。對于冷卻系統監測出效果不佳或故障損壞，應及時維修處理。檢修人員應及時補充冷卻液，做好冷卻塔的維護與保養。

2.滑環碳刷冒火。

滑環碳刷冒火多發于發電機組運行年限較長及滑環碳使用時間較長而發橫的元件老舊化問題所表現從故障。針對該問題，根據不同滑環碳刷的維修保護記錄，及時的更換發生磨損、侵蝕等輕微損壞的滑環碳刷。在更換滑環碳刷時，檢查好碳刷的型號、阻值，保證碳刷電流的一致性。

3.電壓波動。

針對電壓波動，需要加強發電機及定期系統運行的監測，監測各個設備運行狀態下的電壓、電流，并利用自動報警系統針對設置實際電壓與額定電壓的最大差值。在發生超過設定電壓差值的范圍時，系統就會自動發出報警，并提示管理人員針對電壓波動做出反應。管理人員在監測到電壓異常時，需要及時檢查電氣系統各個設備運行狀態，查找問題或故障，及時排除問題，盡快是電氣系統電壓維持在相對穩定的范圍內。

（三）設備接地故障

對于設備接地裝置及接地故障，應根據原因做好接地裝置的防銹蝕處理，定期檢修接地線路是否發生絕緣損壞或磁場干擾，及時檢修損壞線路，排除磁場干擾或增加電磁干擾裝置，降低電磁干擾對接地線路的不良影響。

（四）備用設備故障

對于備用設備，應定期檢測線路是否存在接觸不良或元件損壞等問題（如下圖1）。要及時排除備用設備的線路及電氣元件隱患，保證備用設備運行的安全可靠，隨時可進入安全工作狀態，并支持電氣系統的安全運行。對于備用電源切換問題，針對電氣電氣系統運行及電源切換實際需求選擇電源切換方式，設計合理的電源切換等待時間，保證備用電源自動切換順暢。

五、結語

在我國的電力系統建設及安全運行管理中，電力系統運行的可靠性始終放在第一位。電力系統的可靠運行不僅能夠保護電氣設備的安全運行，延長發動機及其他電氣設備的使用壽命，而且還能保證穩定、高效的電力輸出，提升發電廠發電的經濟效益。在發電廠電氣運行日常管理中，應該制定精細化管理制度，加強人員培訓及管理，規范人員度電氣設備運行的操作及管理，使工作人員能夠及時的發現電氣設備運行的安全隱患和問題，并及時針對相關故障問題，進行原因分析及問題判斷，根據常見故障處理方法對各類常見問題及時應對處理故障。此外，針對可能誘發電氣系統運行故障的接地隱患問題、備用電源切換不暢問題、發電機電壓不穩、工作時溫度異常問題的影響因素加強監測和控制，及時排除誘發電氣系統運行不穩定的因素，預防電氣設備常見故障的發生或對故障做出及時精準的干預，來保證發電廠電氣系統的安全可靠運行。