火电厂电气设备运行安全管理与故障处理分析

北京国电电力有限公司上湾热电厂 张良虎

火电厂电气设备运行环境复杂，是诱发各类故障的重要因素，一旦火电厂发生电气故障轻则导致系统停运、电力供应中断，严重的则会引发安全事故，造成重大生命财产损失。近年来，随着我国火电技术的不断发展，各火电厂电气系统安全保障能力日益提升，在整合信息化和智能化技术后，火电厂电气系统运行监测及故障自我诊断功能进一步完善，这有效降低了工作人员消除故障、排除安全隐患的难度。

作为直接影响我国电能质量的重要工作，火电厂电气设备故障处理及安全管理受到广泛重视，先进的运行管理系统需要与高专业素质工作人员相结合，方能发挥最大工作效能。深化研究火电厂各类常见电气设备故障，明确其故障原因和维修技术有助于提高火电厂整体运行品质。进一步加强安全管理质量则为火电厂安全稳定运行奠定良好基础。本文以某电厂为例，从电气设备故障处理和全面提升电气设备运行安全管理两方面对相关内容进行论述。

1 某电厂电气设备常见故障处理

1.1 短路故障

短路故障的本质是局部电流超限，常见的包括非金属性短路故障和金属性短路故障，二者的区别在于故障发生位置是否在金属导体上，一般来讲接触性短路故障造成的故障线路电流会相对较大，故障线路的电阻几乎接近于0，同时出现明显的短路电流。以某10kV高压设备短路故障为例，高压开关柜1号主变、2号主变各开关均处于运行状态，同时有相应的分段开关在热备用的状态下随时启用。设备低压侧电流303.45A，有功负荷-0.49MW，无功负荷-5.37MVar[1]。中压侧电流70.47A，有功负荷-15.46MW，无功负荷负-0.68MVar。高压侧电流37.94A，有功负荷14.77MW，无功负荷-3.88MVar（见表1）。

表1 主变负荷情况[A，MW，Mvar]

在检测到异常短路电流后，工作人员迅速通过检修窗口对柜内设备进行检查，此时设备ab相母线已在高温下发生变形，绝缘层受损严重，在对故障线路进行更换维修后重新启动高压柜并检测其补偿电容电流，此时补偿电路电流为22.5A，而检查绝缘保护套阻燃性能时，发现该高压开关柜存在消弧线圈补偿问题，按照安全性的要求设备打火产生余焰后其熄灭控制时间应在30s以内，但实测当前设备余焰熄灭时间为65s，进一步检查明确了故障点在绝缘保护套，在后续运维过程中为降低此类故障的再发概率，工作人员为消弧线圈接地装置接入检测模块，该模块可动态显示无线圈电感电流，出现异常后可进一步缩短余焰熄灭时间，此外还更换了阻燃性更强的母线绝缘材料，避免其在短时间过热情况下发生燃烧损坏[2]。

1.2 母线失压故障

相应系统的母线开关跳闸，或某些直连母线的设备故障都会导致母线失压。对于系统母线负载设备相对较多，一旦出现母线失压故障，其对应的系统电气设备将面临较大的停运风险[3]。以某火电厂脱硫母线失压故障为例，工作人员在启动循环泵的过程中，发现循环泵启动失败，工作人员在进入控制室对系统进行检查时发现，编号为413f的开关状态显示灯闪烁，立即前往对应工作段检查发现开关处于分闸状态，检测此段母线电压显示数值为0，此时可以确认，MCC段脱硫母线处于失压状态，变速器输电中断。在取出413f开关进行检查后，并未发现明显的发热损坏问题，尝试手动合闸后MCC段母线电压恢复且开关状态灯恢复为红色常亮状态。

后续检修作业中，在隔离该段线路后对413f开关进行再检，明确了MCC段对地绝缘值为147MΩ，符合大于135MΩ的绝缘要求，且开关结构和功能特点未见异常。分析413f开关参数设定后找到了本次故障的具体原因，该开关装备了以电子脱扣器为主的过载保护装置，一旦检测到线路中负荷电流超限机会启动过载保护切断开关，而MCC段母线同时负载排水泵、循环泵以及风机，其额定电流分别为45A、100A、65A，而且母线上原本还有35A以上负荷，在进行此段线路检修时，其使用了100A的检修电源开关，在该段母线设备同时运行时就会导致413f开关跳闸。为避免此类事故再次发生[4]，工作人员更换了250A的动作开关，同时在此基础上将动作电流调整为80A。

1.3 变压器故障

变压器是火电厂电气系统的重要组成部分，相关设备常见故障类型包括渗漏油、冷却装置故障以及高压套管故障等。发现变压器有渗漏油现象应尽快明确渗漏位置，明确渗漏位置后根据设计图明确渗漏位置的结构，对于因螺丝松动引起的渗漏问题，应根据标准力矩重新扭紧螺丝并观察渗漏情况是否得到解决，如存在垫片或其他密封配件老化破裂的情况则要对应更换。如箱体存在破损，可根据破损位置选择更换焊接修复或更换总成[5]。

冷却系统故障要注意根据变压器冷却类型分析故障原因，油冷变压器最常见的冷却故障原因是循环油泵故障，风冷变压器最常见的故障原因是冷却风扇故障。注意检查相应冷却系统的充电及控制电路是否存在断路短路等故障问题，无此类问题则应进一步检查油泵或风扇电机是否损坏。套管接头过热是火电场主变压器高压套管常见故障，导致这一问题的原因较为复杂，一旦出现此类故障，要重点检查套管密封圈是否正常，如出现老化开裂或明显的渗漏情况应及时更换套管密封圈，重新恢复高压套管绝缘封闭特性。

此外，某些故障因素可能导致变压器起火，此时必须立刻切断此变压器所在主线开关，实现故障隔离。同时，组织人员在做好绝缘保护的前提下灭火。变压器灭火必须使用专用灭火器，在确保切断主电源的基础上，对于落地变压器可以采用沙土覆盖灭火的方法。如果变压器上盖起火，应尽快排出变压器油，防止火势蔓延后引燃变压器油。

1.4 发电机故障

发电机是火电厂电气系统的核心组成部分，较为常见的发电机故障包括水内冷绕组漏水、水内冷绕组堵塞、转子绕组短路以及相间短路等。发现绕组漏水首先要检测漏点，目前常用方法为压缩空气气密实验法，排干水回路内所有水分，在注气压力控制为0.1MPa的基础上，向设备内充气并通过外周涂抹肥皂水的方式检测漏点，根据渗漏位置选择对应的修复方案。而绕组堵塞则需要通过反冲洗流量试验来明确堵塞位置和堵塞原因，如为异物堵塞则需采取内窥镜抓取的形式排除，如为水质不合格导致的沉淀堵塞则采取高压冲洗以及机械性清理等形式予以解决。对于一系列发电机短路和接地故障，在处理过程中要注意检查励磁机以及油管的绝缘性，应让利时线圈退磁并进一步强化管理绝缘性。此外，要注意检查转子各匝线圈的绝缘情况，同时明确各主要连接部位连接的稳固性。

此外，发电机套管过热也是此部分常见电气故障，当发电机无功负荷相对较高时其磁场涡流损耗相对较大，涡流变化会导致线套管发热，一些情况下甚至会超过线套管耐热临界点进而引燃套管。发生此类问题应进一步强化叠片绝缘性，减少涡流变化，可以选择耐高温的绝缘漆对叠片进行喷涂。另外，还可直接调整叠片材质，可以更换磁特性更优的叠片，保障叠片的情节性和刚性，确保叠片能够承受发电机运行应力。磁特性更优的叠片有利于减少涡流变化，这能够有效优化线套管发热的问题。

1.5 液压盘车故障

盘车是保护电机的重要措施，其不仅能够减少冲转力矩，而且能在设备进入正常运转程序得前提前下在轴承上建立油膜减少轴瓦磨损。液压盘车由电控系统控制液压马达，由两组离合器控制动力接合，在频繁启停和长时间运转过程中，液压盘车可能出现齿轮啮合不严，以及离合器轴承磨损等问题，以某火电厂为例，在发电机解列后开始盘车，初始转速设置为46.67r/min，1号低压油泵电流为77.9A，1号高压油泵电流为41.7A，运行约3h后盘车转速开始下降且出现异响，7min后转速归0，通过拆解液压盘车离合器发现其超速离合器棘爪存在啮合脱开的问题，离合器传动轴承磨损较为严重，棘爪与外缘结构碰触。

面对此类问题，在更换磨损部件完成修复工作后制定如下预防措施。首先控制盘车接入的汽轮机惰走转速，以减小液压盘车与主轴转速差为目标将接入转速控制在60～120r/min。其次，为延长液压盘车使用寿命，对其电磁阀控制系统进行优化，在惰走转速高于120r/min时关闭电磁阀使液压盘车停运，如此方可降低上述故障再发概率。

2 全面提升火电厂电气设备运行安全管理

2.1 综合提升安全管理意识

提高安全管理意识是保障火电厂电气设备运行稳定的重要基础，在日常工作中火电厂应加强电气系统安全管理宣传工作，不仅要让运维检修工作人员认清自身职责范围同时也要提高其工作敏感性，通过构建火电厂电气设备安全管理日志来动态记录相关工作人员的日常工作内容，明确各项检查工作是否落实到位。根据实验周期设定不同的运维检修工作，包括周检修、月检修、季度检修和年度检修等，每次检修工作都应记录在案并在检修完成后对系统当前情况作出综合判断。

同时，完善电气设备管理制度，采取责任落实到人的形式，确保各相关部门及部门工作人员明确自身职责范畴，建立相应的评分体系和追责体系，对工作人员日常安全管理进行量化评分并将之纳入绩效评定指标。一旦出现安全事故，立即明确责任部门和具体责任人，进一步压实工作安排，提升各部门和相关工作人员的工作质量。

2.2 扩大自动化技术应用

追加技术投入，扩大自动化技术的应用范畴是提升火电厂电气设备运行安全管理质量的重要措施。构建高度智能化集散控制系统能够有效实现对电气系统的综合监测，根据不同火电厂的线路配置情况，设置6kV、380V等智能前端，以智能前端为电气监控基础，为各系统设置分支的通信管理模块，由此部分负责采集智能前端所获信号参数并上传数据服务器和应用服务器（如图1所示）。

图1 集散控制系统结构

打造更具智能化监控处置能力的中央处理控制站，动态校准各系统的标准运行参数，提升主体系统对各分支系统的监控检测能力，一旦检测到异常信号立即通过显示界面发出警告，基于编辑好的故障编码库报送故障信息以便于工作人员进行检查排除。此外，还要加强主控系统的故障自动化隔离能力，在出现故障问题后基于可选备用线路，或算法方案尽快将故障线路与主线路进行隔离尽量缩小故障影响范围。

3 结语

电气设备运行状况直接影响着火电厂的运行品质，充分提升相关方向安全管理水平有助于减少因电气设备故障而导致的安全事故，同时全面提高各类故障排查处置能力，也有助于保障火电厂安全稳定运行。本文从故障分析处理以及安全管理两个方向，对相关内容进行了详细论述，希望所述内容能够有助于推动我国火电厂的现代化发展。