火力发电的电气系统主要由电厂主结线、汽轮发电机、主变压器、配电设备、开关设备、发电机引出线、厂用结线、厂用变压器和电抗器、厂用电动机、保安电源、蓄电池直流系统及通信设备、照明设备等几个组成部分。火力发电电气系统的基本功能是保证按电能质量要求向负荷或电力系统供电。主要流程包括供电用流程、厂用电流程。对电气系统的基本要求是供电安全、可靠、调度灵活;具有良好的调整性和操作功能, 保证供电质量;能迅速排除简易故障, 避免事故扩大。但是, 电气设备的实际运行过程中经常承受着电力负荷和机械负荷的双重压力, 这些压力会对电气设备的运转效率、安全程度、使用年限造成致命的影响, 有时从现象上看后果是相同的, 但又是不同原因引起的电气系统故障, 必须通过不同的解决方法才能解决问题, 具体来说易造成火力发电电气设备出现故障的问题和原因主要有以下几个方面。
火力发电厂的发电机一般长时间连续运行, 发电机在运行过程中将直接产生铜损耗和铁损耗, 这些损耗的能量将全部或部分转化为热能, 产生较高的温度, 使发电机在长期高温环境中运行, 使绝缘体逐渐老化, 老化的速度与发电机的温度成正比, 即温度越高老化越快, 尤其当火电厂的发电机长期在一定极限温度值情况下工作, 老化的速度就会急剧增加, [2]甚至给发电机带来危险, 经过进一步的实践得出造成火电厂发电机温度过高的主要原因是:生产时间长, 铜和铁热消耗巨大, 温度得不到有效的释放方法, 发电机冷却系统工作状态不理想, 冷却温度设置不理想, 导致发电机温度过高, 解决发电机温度过高问题是当前火力发电厂电气系统中一个必须要重视起来的问题。
火电厂发电机的备用电源主要是为了防止发电机在长时间的使用和工作过程中发生断电或没电条件下所备用的电源, 在火力发电厂中, 高、低压备用电源的数量与发电厂装机台数、单机容量、主接线形式及控制方式等因素有关。当高压、低压电源因某种原因停止工作后, 备用电源在启动之前的一段时间内, 母线上所有电机设备将减速运行, 该减压过程中将随时间的延长而逐渐衰减, 当备用电源开始工作接入到母线后, 电机将突然加上一个电压, 这个加压的过程会对电机造成很大影响, 对于不同容量的发电机组, 切换电源的影响也是不一样的, 如果一旦备用电源启动过程加长或没有按时启动, 造成的问题是发电机组降速过低, 影响锅炉运行, [3]另外还会使发电机再次启动遇到困难, 严重的可能造成发电机组停止工作。
电压是供电质量的标准之一, 电压过高或过低, 对用户、电力运行系统及发电厂来说都是非常不利的, 发电机在运行中也经常会由于各种原因使电压不能保持一个稳定状态, 在实际运行中, 发电机电压的变化有时会超过额定值的正负5%左右, [4]这样对发电机的运行将产生不利的影响。具体来说当电压较高时, 发电机容量不能保持稳定的情况下, 必然要增加发电机的励磁, 即增加转子电流, 这样会使转子绕组的温度升高, 加快它的老化, 高压超过额定值还会使铁芯温度升高, 加速铁芯的损耗, 此外还会对定子绝缘产生威胁。而电压过低时, 即低于额定电压的90%, 就会降低发电运行的稳定性, 使发电机定子绕组铁芯在不饱和状态下运行, 容易造成振荡或失步, 严重的低压还会影响并列运行的稳定性, 使其负责带动的厂用机械设备转速下降、做功下降, 有时电压较低还可能使定子绕组的温度超过允许值, 电压再次加高时还可能会造成定子绕组温度异常。
电气接地是电力系统保证设备人员安全的最重要手段之一, 随着火电行业的快速发展, 火电厂用电负荷不断增大、供电电压等级的明显提高, 使得火电厂电力系统短路故障电流也相应增大, 对设备和人员易造成较大伤害。其中直流接地故障和交流接地故障是接地故障中最主要的两种。当直流系统发生某一点接地情况时, 由于没有造成系统短路, 熔断器不会断熔, 仍可继续运行, 如果检修人员操作不慎重, 没有及时处理情况, 很可能构成接地短路, 从而造成严重后果。交流接地主要是指电动机的接地即绕组接地, 由于绕组与电机壳的接触或是绕组受潮, 绝缘老化击穿接地等问题引起。我国火力发电厂电气接地系统的接地方式一般用钢材作为接地材料, 接地体的连接线和接地引下线一般采用40mm×4mm的扁钢, 有的接地引线甚至直接采用5mm×4mm, 由于电气设备的外壳[5]、杆塔连接的金属部分绝缘设备的日常磨损可能带电, 加上设计考虑接地钢的腐蚀因素, 致使运行中的发电厂因接地线的严重锈蚀因素, 导致运行中的发电厂电气设备因接地线的严重上锈造成事故。
发电机在运行过程中, 必然要产生大量的热, 这主要是因为生产损耗转变为热能, 使发电的各个部件发热。为了保证发电机的绝缘系统在允许的温度下长时间运行, 就必须采用合理的方法将热量排除掉, 而对发电机的冷却又可以根据具体情况采用不同的方法。现在常用的方法主要有密闭式空气冷却、氢气冷却, 水内冷却三种。而每种冷却方法都有着自己的特点, 水内冷却因为水的散热能力较强, 冷却效果十分显著, 对较大型的发电机组一般采用水冷却的方法, 而且这种方法安全可靠, 也是目前我国大型火力发电场中主要的冷却方法。氢是气体中最轻的气体, 用氢气可能减少发电机的通风损耗, 提高发电效率, 由于氢气是易燃易爆物品, 所以使用危险较大。密闭工空气冷却的特点在于形成了封闭循环系统, [6]避免了冷却介质与空气接触而导致的污染, 从而减少了因堵塞等问题而造成的使用影响, 该设备适合多种复杂条件下火力电厂在恶劣环境中的使用, 但设备成本相对较高。不同的火力发电厂可以根据各自的情况需要选取合适的冷却设备, 最终达到合理高交换的使用冷却系统的目的。
发电机自动跳闸, 甚至切换到备用电源状态, 对电气设备运行来说是一种很大的损害, 一般情况在运行过程中不会经常出现这种问题, 但有时会遇到跳闸的情况, 这样的问题一般有以下几个原因, 发电机发生内部故障, 如定子绕组短路或接地、发电机的外部故障, 如母线短路等, 保护装置的自动失误等。发生这种情况时, 工作人员应当详细的检查电机的一切设备, 如果未发现问题可恢复主电源供应, 持续升压, 正常使用, 如果发电机是出于外部设备引起保护, 待发电机与故障隔离后, [7]即可将发电机正常运行, 以上问题充分说明只有不断做好发电机的日常维护保养工作才可以避免经常出现上述问题, 此外还应要求工作人员要严格遵守相关操作规程, 避免出现严重的安全事故。
发电机电压不稳会严重影响电机的使用寿命, 电压不稳可能是多种原因造成的, 在现有技术条件下解决电压不稳是个系统而又复杂的工程, 在日常火力电厂工作中对电机要进行严密的监控, 保证电压在正常的情况下工作, 一旦出现电压不稳问题应当立即检查电机运行情况和各个设备的运行是否正常, 必要时可切断部分负电荷, 以此来恢复电压, 当切实有必要时, 应采取紧急拉闸措施, 以保证发电厂的安全运行[8]。另外为了保护电压的稳定还应当充分用好各种保护装置, 发挥保护装置的有效作用, 当保护装置启动条件成熟时应当立即启动, 以免造成不必要的损失。
接地线所以能够有效保护电厂工作人员的安全, 就是利用了人体电阻与接地电阻的并联这一原理, 在电气设备带电的情况下, 流向人体的电流和流向接地导线的电流与各自的电阻成反比, 当接地线的电阻比较小时, 则流经人体的电流就会相对变小, 所以能保证工作人员的安全[9]。因此电气设备接地装置应该采用环路式接地线, 可靠性就变得相对较高, 可以降低对地电压, 如果某一接地线出现问题不能工作时, 可以使故障程度减到相对较低程度, 此外保持直流系统和交流系统的可靠才能保证电厂电气系统的正常稳定运行, 才能从根本上杜绝安全事故的发生。工作人员还应当重视接地系统的报警, 及时排查处理微小问题, 做出正确的分析, 避免酿成大的安全事故。
由于火电厂的电气系统比较复杂, 电气系统的设置环境也不一样, 造成了火电厂电气系统经常存在着这样或那样的问题, 保证电气系统正常运行成为当前火电厂一项重要的工作内容, 以上讨论的几个问题都是火电厂电气系统运行中经常会出现的几个问题, 它的解决办法还有待进一步讨论提出创新。
摘要：据中国电力统计, 2011年全国累计发电量47217亿千瓦时, 其中火电发电量38975亿千瓦时, 约占发电总量的80%, [1]火力发电这一传统的发电方式依然是当前中国电力工业的主要发电方式, 而且火力发电仍有巨大发展潜力可以挖掘, 当前我国运行的火力发电设备多在百万千瓦时以上, 大机组虽然加强了电力系统的发电能力, 但是大机组的故障也会引起电力系统较大的波动, 研究火力发电厂电气运行中存在的故障, 以保证机组安全、满发、经济地运行、并保持电气系统的稳定性有着重要的意义, 本文从分析火力发电厂电气运行中存在的故障入手, 着重分析故障产生的原因, 试着用所学理论找到积极的解决办法。
关键词：关键词,火力发电,电气运行,故障
[1] 火力发电企业的发展困境与出路探索[J].中国能源报, 2011 (12) .
[2] 李博.电厂电气运行中的常见故障之浅见[J].电力建设, 2010 (3) .
[3] 辽宁电业局编著.电气运行[M].中国电力出版社, 1995 (1) .
[4] 吴文辉.电力电气工程基础[M].华中科技大学出版社, 2010 (8) .
[5] 王伟.火电厂运行优化系统的现状与发展前景[J].电气应用, 2011 (9) .
[6] 刘田茜.电气自动化技术在火力发电厂中的应用[J].煤炭技术, 2010 (10) .
[7] 王运金.电厂电气设备常见故障及对策分析[J].科技传播, 2010 (10) .
[8] 刘玉兰.大型火电厂电气倒闸操作防误专家系统[J].中国电力, 1999 (5) .
[9] 吕炳文.电气安全知识中国电力出版社[M], 2009 (1) .
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