发电厂电气设备运行中常见故障及应对措施研究

引言

以火力发电为例,发电厂主要由锅炉及其附属设备、汽轮机及其附属设备、发电机及励磁系统、电能变换部分等构成。其中,后两个部分涉及大量电气设备,是发电厂运维检修的重点。本文将剖析发电厂电气设备的常见故障,并提出针对性措施,以期为提升发电厂电力生产的可靠性提供借鉴。

1发电厂电气设备常见故障分析

发电厂是将化石能源转化为符合传输要求的电能的单位。发电厂的工作主流程为供用电流程,涉及的电气设备有发电机、变压器等。此外,发电厂的正常运转还需要厂用电流程的支撑,厂用电流程用于场内综自设备、继保设备等的控制以及照明、事故应急等场合,其涉及的设备有配电器、开关等。由于发电厂设备振动大、磨损快,环境中粉尘多,因此电气设备出现故障的概率较大,需要作细致分析。

1.1备用电源自动切换故障

为应对各类不确定情况,在发电厂厂用电流程设计中往往引入备用电源。例如,为保障发电机的持续、稳定运转,其驱动系统一般是双路供电(一主一备）。根据电压等级,备用电源一般可划分为高、低压两种类型。

鉴于发电机在发电厂的重要地位,现主要就发电机备用电源切换异常造成的影响进行阐述。

发电机备用电源选型方面的考量因素[2]有:(1）发电机容量:(2）控制模式:(3）发电机数量:(4）接线模式。

由此可见,给发电机配置备用电源是一项复杂工作,若配置不当,会引发各种问题。

(1）备用电源启动是需要时间的,对于发电机这类高速运转的设备体系,一旦失去主供电源,相关设备个体将立即转入降速运转态势,且降速幅度与启动所需时间呈正相关。

(2）如果启动时间超过额定值,就会导致锅炉不能正常运转(受相关电气设备减速影响）,严重情况下甚至导致发电机不能再次运转。

(3）由于突然加压对发电机不利,即使备用电源在额定时间内接入母线运转,也有可能引起电机故障。

1.2发电机温度过高

发电机的持续工作周期一般较长,长期持续运转必然耗费大量金属(铁/铜）,并附带产生大量热能,这样就可能使相关电气设备累积热能而导致温度骤升,长此以往将有损该电气设备的表层绝缘体(老化加快）,最终致使电气设备的运行年限缩减。根据相关研究,以上过程的进展速度与设备温度呈正相关,特别当温度越过临界点温度后,老化速度加快,不但对发电机正常运转造成威胁,还可能引发人身安全事故。

1.3电气设备接地故障

对电气设备作接地处理是保障设备正常运行和作业人员安全的必然措施,但接地体系若出现短路故障,将带来很大的安全隐患。

发电厂接地故障主要形式有:(1）直流接地故障。当直流发生接地故障但不短路时,因其熔断器不会熔断,使检修人员误认为一切正常,忽视相关操作注意点,导致故障扩大。（2）交流接地故障。如电动机绕组受潮而形成的接地故障。（3）接地失效。当前的接地材料和接引线以扁钢为主,而扁钢在长期运行后会出现腐蚀及磨损现象,可能造成接地失效。

1.4电气设备电压超载故障

稳定合理的电压值对电气设备效能的发挥至关重要。一般要求电压波动不超过额定值的5%。

对于发电机设备体系来说:

（1）当电压高于额定值时,励磁会提高（因设备容量发生变动）,促使转子电流加大,这样就进一步增强温升效应,从而带来加速老化和铁/铜损耗增加等不利后果。

(2）当电压低于额定值时,绕组铁芯等发电机部件的稳定性变差,表现为不能正常运转,导致机组异常振动。电压过低还会引发相关机械设施的非正常运转。

2应对措施

2.1冷却手段合理化

为杜绝因热量累积而造成的温升效应,必须及时排出发电机设备体系的热量,并引入有效的冷却手段。根据运行统计,当前用于发电厂的主要冷却手段有:

（1）水内冷却方式。该方法使用简便、安全稳定,且散热性能良好,一般被用于发电量较大的发电机组中。

(2）氢气冷却方式。H2密度小,用其作为热量载体将取得非常好的散热效果,同时无需在通风设备中投入较多资金,但H2极易可燃,存在一定安全隐患(发电厂是高温工作环境）。

(3）密闭式空气冷却方式。该方式以相对封闭的环境作为冷却工作环境,可以显著减少冷却介质与外界的接触,这样就能避免系统堵塞,充分发挥冷却功能。该方式宜用于发电环境较为复杂的火力发电厂,但是成本相对较高。

综上,不同类别的发电厂可结合自身情况,在科学论证的条件下合理选择冷却手段,以提升发电厂综合效益。

2.2完善电气设备的定期运检工作

发电厂电气设备所出现的备用电源自动跳闸、接地线短路等故障,从根本上来说是运维不到位造成的。因此,首先要梳理相关责任体系(明晰各部门、各岗位职责,责任到个人）,完善操作制度(严格要求作业人员遵循操作流程）,一旦出现非特殊原因设备故障,将追究相关人员的责任。

其次要切实履责电气设备的定期运检工作:

(1）在日常巡视中,一旦发现设备故障征兆或隐患苗头,应合理安排设备运行方式,对其进行及时有效的处置,并做好检修记录:

(2）对于暂时完好的设备,要按规定做好养护工作,以缩减维修频率:

(3）引进高科技检测手段,如红外检测、在线监测等,尝试状态检修模式。

对于故障的紧急处理:(1）若为母线短路等内部故障,经细致检查后未检出问题,则可重启主电源:(2）若为外部故障,则应将电气设备隔离后再行处置。

2.3依托实时监控维系电压稳定

稳定、合规的电压对于发电机等电气设备的安全可靠运行起着不可替代的作用。但电压变化只在瞬息之间,且引发电压不稳的因素较多,很难一一把控。因此,必须对关键点的电压实施在线实时监控。一旦出现电压超限报警,应立即对相关电气设备的运行工况进行查验,若发现确实存在运行异常,可根据事先编制的应急处置条例酌情切除部分负载,以使电压回归正常水平。当情况较为严重时,则应直接拉闸主电源,以保障设备和人身安全。

另外,为了达到智能化处置要求,应该给重要电气设备增配电压保护装置。例如,对直流系统蓄电池充电模块中的高频整流开关增配失压脱扣装置,可在全厂失电后恢复厂用电的情况下避免烧毁充电模块(全厂失电后恢复厂用电过程中,直流充电模块除了承担蓄电池充电任务外,还要承载直流油泵的工作电流,可能会因负载过大而烧毁）。

2.4优化接地线结构

虽然接地故障占据发电厂电气设备故障的比例较大,但对电气设备设计接地线是为了保护设备及工作人员的安全,不能予以更改。为了尽可能避免接地故障的发生,一个行之有效的措施就是优化接地线结构。例如,采用环路式接地线结构。该结构的优势是某一接地线发生故障不会影响其他线路的正常运转,能大幅提升设备运行的安全性(实际就是最大限度地降低了接地故障造成的影响）。

另外,为了提升电气设备运维的智能化水平,宜给电气设备增配接地线报警装置,以实现对接地线情况的实时监控和故障快速排查。

3结语

发电厂内电气设备的安全、可靠运行对保证电力生产的稳定性具有重要意义,发电厂应该以运行、检修的相关大数据统计为依托,对发电厂电气设备的故障进行详尽分析,并找到应对措施,以不断提升发电厂电力生产的效率,为多供电、供好电"战略目标的实现贡献力量。