电厂电气运行常见的故障和措施研究

近年来，随着能源结构转型与智能化电网建设进程加速，大型火电、水电及新能源发电机组装机规模持续扩大，电气主接线拓扑日益复杂，导致运行故障的诱因维度显著增加。对此现状，亟需在继承既有运维经验的基础上，突破传统被动检修模式的限制，通过建立基于大数据分析的早期预警模型，并整合故障树分析法与专家系统决策逻辑，形成更具前瞻性的设备状态评估与风险管控机制，从而实质性地压缩故障响应时间窗口，优化事故处置效能。本研究正是围绕这一目标展开系统性探索。

一、电厂电气运行常见的故障类型

（一）发电机定转子绕组异常

发电机作为电能转换的核心设备，其定子绕组绝缘劣化与转子匝间短路构成主要故障形态，定子端部绕组在长期电磁力与热应力作用下易发生绝缘层开裂或局部放电，而转子绕组由于离心力作用可能导致匝间绝缘位移进而引发接地故障，特别是当冷却介质纯度下降或通风道堵塞时，绕组温升会加速绝缘材料碳化进程，此外并网过程中的非同期冲击也可能造成绕组机械形变累积，这类异常通常伴随无功功率异常波动、局部过热点红外成像异常以及振动频谱中倍频分量突增等可观测现象，必须通过离线耐压试验与在线局放监测实现早期干预[1]

（二）电力变压器绝缘系统失效

变压器故障中约 70% 源于绝缘系统异常，包含主绝缘受潮、油纸老化及套管沿面闪络三类典型场景，绝缘油在热氧化作用下生成极性分子会降低介质损耗角正切值的稳定性，固体绝缘材料在长期过负荷运行中产生热裂解导致聚合度下降，而套管表面污秽在潮湿环境中形成导电层将引发爬电距离击穿，尤其当呼吸器硅胶失效或油枕密封破损时，水分侵入将使绝缘油击穿电压呈阶梯式下降，这类故障往往表现为绕组直流电阻不平衡率超标、色谱分析中乙炔含量突增以及铁芯接地电流异常等预兆特征，需要结合油质色谱跟踪与频响分析法进行状态评估。

（三）开关设备操作机构卡滞

高压断路器与隔离开关的操作故障突出表现为机械拒动、分合闸超时以及位置信号误报，操作连杆机构因轴承锈蚀或卡涩造成的力矩传递失效属于典型机械缺陷，分闸弹簧预压缩量不足将导致触头运动速度低于燃弧临界值，辅助触点切换不同步则可能引发控制回路断线告警，更值得关注的是 SF6 气体压力低于闭锁阈值时，灭弧室介质强度下降会直接造成开断失败，此类故障的初期征兆包括分合闸线圈电流波形畸变、储能电机启停周期异常以及机械特性测试中刚分速度衰减等，需依赖振动信号分析与电机电流特征提取实现预警。

（四）继电保护装置误动拒动

保护系统误动作主要表现为区外故障越级跳闸与区内故障延迟切除，电流互感器饱和导致二次波形畸变会引发距离保护测量阻抗计算偏移，定值自动漂移现象多源于装置内部温度补偿机制失效或元件老化，直流接地故障产生的电磁干扰可能触发保护 CPU 死机，而光纤通道误码率上升将直接造成纵联保护信号误判，此类问题在故障录波器中呈现为采样值突变量异常、动作逻辑时序混乱以及 GOOSE 报文丢包记录等数据痕迹，需要通过定值在线校核与软压板状态双校验机制强化防控。

二、电厂电气运行中常见故障的解决方案

（一）发电机绕组异常综合防控体系

构建包含定子绕组端部振动模态在线监测与转子匝间绝缘分布式光纤测温的双层预警网络，依据发电机有功出力变化率动态调整监测采样频率，当局部温度梯度超过 5°C /cm 或振动倍频分量增幅达基波振幅 15% 时，自动启动绝缘老化加速评估程序。同步优化冷却系统管理规程，明确氢冷机组氢气纯度维持于 96% 以上的压力动态平衡控制曲线，水冷系统则将水质电导率阈值设定为 并配置实时超标报警。在机组启停关键阶段引入定子绕组端部变形激光测量与铜屏蔽环电位分布联合同步检测技术，通过建立绕组热应力 - 机械应力耦合作用模型，精确计算非同期并网允许偏差角的安全裕度。

（二）变压器绝缘状态主动干预策略

开发基于溶解气体分析（DGA）特征参量实时追踪与频响曲线谐振点偏移关联算法的绝缘预警平台，对于油浸式变压器设定总烃含量月增速不超过 150μL/L 的趋势性管控红线，当乙炔生成量突增至 阈值即刻触发油色谱动态跟踪模式。强化固体绝缘管控机制，建立绕组热点温度与糠醛含量变化率的指数关系模型，在环境湿度大于 70% 的雨季将微水含量检测频次提升至每周一次。外绝缘防护方面实施瓷套表面等值附盐密度（ESDD）季度普查与憎水性分级评定，对Ⅲ级以下劣化套管加装增爬裙并喷涂防污闪涂料。

（三）开关设备机械性能提升方案

建立断路器分合闸线圈电流波形畸变度与时延参数的动态基准库，设计基于小波包分解的动作振动信号特征能量谱诊断模型，在检测到第三尺度细节分量增幅超过 40% 时判定为机构卡涩前兆。针对操动机构制定包含传动连杆间隙激光测量与轴销磨损显微观测的年度专项检查，对于储能弹簧建立预压缩力随动作次数衰减的 S 型曲线预测模型，允许衰减量上限设为标称值 8% 。优化 SF6 气体状态监测策略，将密度继电器报警压力阈值与温度补偿系数的匹配精度提升至0.01MPa/^∘C ，当气体露点高于 -20^∘C 时联锁启动分子筛更换程序[2]。

（四）保护系统可靠性强化路径

构建保护定值漂移温度自适应补偿系统，采用最小二乘法拟合装置内部测温电阻与采样通道偏移量的函数关系，将基准温度由 25°C 扩展至 -10Ω^～55Ω^∘C 工况范围。开发基于 RTDS 仿真的互感器饱和故障场景数据库，通过录波数据特征值反向注入技术验证不同饱和系数下的保护动作正确性。直流系统实施分层绝缘监测方案，在 110V 系统中设置正负极对地电阻不平衡度阈值为 25kΩ，配置具备支路定位功能的漏电流相量检测装置。光纤通道可靠性强化采用双路径冗余通信架构，在误码率持续两小时超 10E-6 的区间启动自动切换程序并同步校验纵联保护采样同步精度。对保护 CPU 建立指令周期与 RAM 使用率的双变量健康度评估指标，当处理器负荷率连续 30 分钟超过 65% 时启动任务调度优化进程。

总结

综上所述，随着新能源高比例并网带来的电网转动惯量下降与功率波动性加剧，电气设备故障诱因将呈现电力电子化扰动与机电暂态过程交织的新特征，亟待深入研究变频机组轴电流对发电机绝缘的老化加速机制、电力电子变压器复合绝缘材料的介电响应特性、直流断路器开断瞬态过电压与 SF6 替代介质协同作用规律等前沿课题。通过建立“监测预警 - 诊断决策 - 处置反馈”的闭环管控链条，推动电厂电气运行从被动防御向主动免疫的跨越式转型，为新型电力系统安全可靠性提供核心保障。

参考文献

[1]饶建兰,刘先锋. 电厂电气运行常见故障及其应对措施研究 [J].光源与照明 , 2022, (08): 228-230.

[2]朱晓伟. 发电厂电气设备运行中常见故障及应对措施 [J]. 科技与创新 , 2020, (09): 126-127.