综述发电厂电气运行中常见故障的之浅见

魏雪贵

中图分类号：TM62

摘要: 本文主要阐述了发电机滑环碳刷冒火的原因及防治办法; 造成高、低压备用电源自动投入装置不能安全自动投运的原因及处理方法; 电气接地网的检查及维护等问题。本文就以上影响机组稳定运行的电气方面的几个因素进行分析。

关键词: 发电厂; 碳刷; 备用电源; 电气接地

1 发电机滑环碳刷冒火的问题

发电机运行中滑环碳刷冒火是常见的故障之一, 若不及时消除, 可导致发电机滑环碳刷冒火形成环火, 对发电机安全运行造成直接威胁, 特别是氢冷发电机, 严重时将被迫停机。紧急停机不仅影响企业连续生产, 而且对发电机本身也将产生重大危害。

1.1 故障原因分析

通过对电厂发生的几次较大的环火造成停机事故的原因进行分析, 可以得出产生环火的几个主要原因。

( 1) 在机组运行中, 虽然使用同一压簧、碳刷, 但由于压簧的压力不同, 使用时间长短不一样, 出厂质量有差别, 使得碳刷与滑环间的接触点电阻不一样, 使得同极滑环上不同碳刷间电流不均, 部分碳刷电流太大, 造成压簧严重受损变形, 产生火花。

( 2) 碳刷型号虽然相同, 但由于存在阻值上的差异, 同极滑环上碳刷间电流分配不均, 个别碳刷通流偏大, 压簧发热变形,压力减小, 产生火花。

( 3) 碳刷在刷盒中摇动, 碳刷磨损严重, 刷块边缘有剥落现象, 集电环磨损不均及机组振动引起碳刷颤振, 刷盒和刷架积垢等都会引起碳刷冒火。

( 4) 运行人员巡检时间间隔较长或走马观花, 未能及时发现部分碳刷严重过热情况, 也是造成发电机滑环碳刷冒火的原因之一。

1.2 对策

( 1) 将发电机滑环上的所有压簧全部更换为同一型号的压簧, 并且根据机组检修情况测试其压力, 每个碳刷对集电环的压力应基本相等, 约2×5.88±7%牛顿(用弹簧秤测量), 否则应更换弹簧。

( 2) 运行各班每小时必须对发电机滑环、碳刷、压簧进行一次全面、系统地检查。

( 3) 发电机碳刷长度不能小于新碳刷长度的2/3, 如发现长度不足, 必须立即更换; 但一般情况下, 在同一时间内, 每个刷架上最多只允许更换1/5 的碳刷。

( 4) 新碳刷必须测定其电阻值, 更换时同一极滑环上碳刷必须使用同一电阻值的碳刷。

( 5) 新碳刷必须研磨, 以保证碳刷与滑环表面接触面积达70%以上, 且在刷握范围内能上下灵活运动, 无卡涩现象。

( 6) 部分电厂已采用恒力矩电刷装置, 运行状况非常好, 建议采用。

( 7) 运行主控室应配置足够的碳刷, 每个碳刷应标明电阻值, 励磁机碳刷电阻值为(0.0015±0.0003)Ω, 发电机碳刷电阻值为(0.0021±0.0003)Ω。

2 高压厂用备用电源自动切换问题

高压厂用电源自动切换(备用电源自动投入)有2 种方式:①无时限快速切换;②低电压闭锁限时切换(即慢速切换)。

2.1 高压厂用电动机在备用电源

投入时所承受的电压分析在高压厂用电源因某种原因跳闸后, 该段母线上所有电动机将减速运行, 由于电动机定子绕组将产生变频反馈电压, 即在母线上产生残压。该残压将随时间而衰减, 并且和系统的相位差随时间而变化, 如图1 所示。

电源切换后, 高压厂用电动机上承受的电压Um=ΔU•Xm/(Xs+Xm), 令K=Xm/(Xs+Xm), 则Um=KΔU。

( 1) 当实现备用电源切换到母线上时, 电动机上将突加一个电压KΔU, 如ΔU 过大, 会对电动机造成很大的冲击电流,切换时间愈短, ΔU 愈小。设计手册规定, 当K=0.67 时, 在0.3s内切换是安全的。

( 2) θ 角( Ud 与Us 相角差) 随时间的变化主要和母线上所带大型电动机的容量及特性有关。对于不同容量的发电机组,θ 角随时间的变化不一样, 就是同容量发电机组也因所选主要辅机的不同而不同。

( 3) θ 角在120°~140°时切换最危险。这时电动机承受的冲击电压最大, 可能造成电动机的损坏、损伤或过流保护动作跳闸。

( 4) 如切换时间过长, 一方面机组辅机转速降低过多, 造成锅炉运行工况变坏;另一方面, 母线残压过低, 切换后电动机自起动困难, 可能造成机组较大的扰动甚至停运。

2.2 快速切换存在的问题

根据机组所选用辅机的电动机情况, 有的机组的高压厂用电源切换设计为无时限切换。由于所选用的断路器是国产少油式开关, 其合闸时间在0.2s 左右, 再加上继电器动作时间, 切换时间将长达0.3s , 所以切换是不安全的。已投入运行的电厂是这种切换方式的, 应尽快将高压厂用母线上电源开关更换为合闸速度快的真空断路器或SFG 断路器(其合闸时间是0.08s~0.10s ), 这样切换才比较安全。有的进口机组将快速切换限定在150ms 以内, 如果切换失败自动转换成慢速切换, 这种设计更为合理。

2.3 慢速切换存在的问题

国产机组高压厂用电源自动切换采用慢速切换的也不少,设计采用低电压检定加时间闭锁的切换方式, 即切换条件为:①母线电压低于某值才允许切换; ②切换限定在某整定时间内完成。问题是低电压检定继电器和时间闭锁继电器如何整定才能既保证切换一次成功, 又保证高压厂用电动机在切换中不受到过电压冲击, 并在电动机允许承受的电压下实现尽快切换。低电压检定继电器的整定必须考虑最坏情况, 即系统电压和厂用母线残压正好反相时切换。如果备用电源切换瞬间, 系统电压在高压厂用变压器上的压降约30V(30%Ue), 为保证切换时加在母线上高压厂用电动机的电压不超过1.1Ue , 并考虑到低电压检定继电器接点闭合到备用电源合闸的短暂时间内,厂用母线电压仍在降低, 低电压厂用继电器的整定值可整定为45V(45%Ue), 但一般不应大于45V。

时间闭锁继电器的整定, 既要保证在整定时间内能可靠完成切换, 又不能使整定时间过长, 以致可能造成在过低电压下切换, 使厂用电动机不能自启动。

正确的整定值最好通过试验确定, 如录制机组在正常运行方式下高压厂用电源跳闸时厂用母线残压随时间变化的曲线,以求得在某一低电压检定继电器的整定值下闭锁时间继电器的整定值。

值得注意的是, 不少国产机组在启动试验时, 并未做过细的工作求得低电压检定继电器和时间闭锁继电器合理的整定值, 有的甚至只做静态下厂用电源切换试验, 不做机组正常运行方式下的切换试验。这样, 一是不能保证机组运行中高压厂用备用电源自动投入装置自动切换成功, 二是即使切换成功,厂用电动机在切换过程中可能受过电压的冲击, 影响电动机的使用寿命, 或者是切换时间过长, 使机组运行工况受到较大扰动。

3 低压系统备用电源自动投入装置的问题

新近投产的电厂, 低压系统的进线开关大都采用ME 系列万能式断路器。此种开关性能优良、结构合理, 但作为进线开关, 由于开关本身装有瞬时过电流脱扣器, 动作时间≤30ms ,从而跟低压系统变压器保护不相匹配, 造成低压系统保护整体无选择性, 低压系统备用电源自动投入装置切换不成功, 扩大停电范围。所以, 用ME 系列万能式断路器做低压系统进线开关时, 其本体保护必须取掉。

4 电气接地问题

电气接地是电力系统保证设备和人身安全的重要措施。我国电力系统的接地方式一般用钢材作为接地材料。接地体的连线和接地引下线一般采用40mm×4mm 的扁钢, 有的接地引体的腐蚀因素, 致使运行中的发电厂因接地线的严重锈蚀造成严重的事故。为了提高接地系统的可靠性, 应该从设计上就考虑各种腐蚀因素对接地体的影响, 用加大接地钢材的面积或采取一定的防腐措施以保证接地系统的使用寿命。对已经运行的电气装置, 必须定期检查接地系统的锈蚀情况。只靠测量接地引下线的接地电阻并不可靠, 因为当引下线尚未锈断时, 所测的接地电阻可能是合格的, 而当通过很大的接地电流时就可能被熔断, 所以必须挖开地面, 用敲打的方式检查接地体的锈蚀情况。

5 结语

发电机滑环碳刷冒火, 高、低压备用电源能否安全可靠投运, 电气接地网接地电阻是否符合标准, 是影响发电机安全稳定运行的3 个重要问题。根据以上故障发生的正确分析及在故障发生时的实践处理中, 有效地证明了方法可靠可用, 望能给同行者一个的借签。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。