水輪發(fā)電機組常見故障及預(yù)防措施

呂悅惠，趙英君

(1.通化市地方水電管理站 134001;2.通化市水電開發(fā)處 134001)

水輪發(fā)電機組是水力發(fā)電廠的重要組成部分，是水力發(fā)電廠的核心設(shè)備。水輪發(fā)電機組運行安全與否，將直接關(guān)系到發(fā)電廠的健康運行，甚至整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。水輪發(fā)電機組運行不穩(wěn)定，或經(jīng)常出現(xiàn)故障，輕則影響發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，重則關(guān)系到整個電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行。為此，掌握水輪發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)特點，熟悉運行中經(jīng)常出現(xiàn)的各種故障、產(chǎn)生原因及處理方法尤為重要。

1 水輪發(fā)電機組常見故障及危害

近年來，隨著水電行業(yè)的快速發(fā)展，通化市的水電站座數(shù)、裝機和發(fā)電量成倍增長。在急需水電運行專業(yè)人員的情況下，部分電站業(yè)主聘用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民負責(zé)電站運行。由于水電運行人員技術(shù)水平整體低下，對水輪發(fā)電機組運行中出現(xiàn)的各種故障缺乏分析和處理能力，在水輪發(fā)電機組出現(xiàn)故障時不能及時分析故障成因，給水電站運行帶來了安全隱患，甚至造成財產(chǎn)損失。

水輪發(fā)電機組運行中的常見故障一般有:發(fā)電機過負荷;發(fā)電機的振動和失步;發(fā)電機強行勵磁;發(fā)電機母線電壓單相接地;發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地;發(fā)電機滑環(huán)或勵磁機碳刷冒火;二次回路失控;水輪機剪斷銷剪斷;冷卻水中斷;軸承溫度過高。這些故障如不能及時有效地處理，小故障很可能釀成大事故，輕則影響水利發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，重則造成人身及發(fā)電設(shè)施損壞，甚至整個電力系統(tǒng)癱瘓。

2 水輪發(fā)電機組故障產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

2.1 發(fā)電機過負荷

水輪機運行水頭過高、引用流量過大時都會使水輪機出力增大，當(dāng)超過發(fā)電機額定負荷時，即造成發(fā)電機過負荷。調(diào)速器失控時，會造成水輪機導(dǎo)葉開度最大，水輪機進水流量最大，水輪機會在此工況下輸出最大出力，發(fā)電機不可避免地過負荷。單機獨立網(wǎng)帶負荷時，如遇負荷突然增大等也能造成發(fā)電機過負荷。

為避免發(fā)電機過負荷現(xiàn)象發(fā)生，機組運行中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視發(fā)電機的各項運行參數(shù)、溫升和各軸承溫度，隨時觀測水庫上游水位，認真做好記錄，盡量避免發(fā)電機單獨帶負荷。確需單獨帶負荷時，應(yīng)密切監(jiān)視機組運行參數(shù)變化，遇有異常運行情況時應(yīng)準(zhǔn)確判斷故障現(xiàn)象，及時果斷進行處理，確保發(fā)電機各項運行參數(shù)在允許范圍內(nèi)。為減少由于調(diào)速器失控造成的機組過負荷，應(yīng)定期對調(diào)速器進行保養(yǎng)調(diào)試，確保能安全準(zhǔn)確調(diào)控機組。

2.2 發(fā)電機的振動和失步

系統(tǒng)發(fā)生某些重大事故時，如三項不平衡、三項負荷不對稱、發(fā)電機出力與用戶負荷不能平衡，都會使發(fā)電機產(chǎn)生振蕩、失步。

發(fā)電機發(fā)生振蕩時，運行人員應(yīng)設(shè)法增加發(fā)電機的勵磁電流來創(chuàng)造恢復(fù)同期的條件。裝自動電壓調(diào)整器和強行勵磁裝置時，發(fā)電機電壓調(diào)整器會因發(fā)電機端電壓降低而動作，使勵磁電流達到最大值，此時應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档驮摍C組的負荷，以幫助恢復(fù)同步。整個電站系統(tǒng)失去同步時，全站所有的發(fā)電機都將發(fā)生振蕩，此時應(yīng)立即增加各機組電流，在無法恢復(fù)同步時，應(yīng)立即將機組與系統(tǒng)解列。

2.3 發(fā)電機強行勵磁

當(dāng)與發(fā)電機并列的其他機組發(fā)生事故，引起端電壓下降時，勵磁機或勵磁系統(tǒng)會立即增加勵磁電流，以便提高發(fā)電機輸出電壓，勵磁系統(tǒng)試圖將發(fā)電機電壓恢復(fù)到額定值，從自動檢測電壓到自動調(diào)整電壓的過程約需1min左右。如果是瞬間故障，經(jīng)過勵磁系統(tǒng)的這個過程之后，發(fā)電機會恢復(fù)正常運行，即在這1min之內(nèi)不必干預(yù)，由機組勵磁系統(tǒng)自動進行調(diào)整;1min后，如果機組自動調(diào)整后故障還未消除，則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場規(guī)程的規(guī)定采取故障處理措施，降低發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子電流到正常運行所允許的數(shù)值。為避免發(fā)生強勵動作，應(yīng)保持發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)及二次系統(tǒng)完好，同時應(yīng)密切監(jiān)視機組的運行參數(shù)，隨時調(diào)整機組保持在合理的工況下運行，避免機組因強勵動作而產(chǎn)生其他事故。

2.4 發(fā)電機母線電壓單相接地

機組絕緣老化、出口引線搭鐵或絕緣破損、母線絕緣子污損，以及動物 (如老鼠打鐵)爬行等，都能造成發(fā)電機母線電壓單相接地故障。

不定期測量發(fā)電機相間，及每相對地的絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)有發(fā)電機定子絕緣不好應(yīng)及時處理。發(fā)現(xiàn)問題及早處理工作量小、費用低;不及時處理，可能釀成大事故。同時，對水輪發(fā)電機組的絕緣要引起足夠的重視，要定期做電氣預(yù)防性試驗，保持發(fā)電機母線及絕緣子清潔，驅(qū)除發(fā)電廠房老鼠，有效避免發(fā)電機母線電壓單相接地故障的發(fā)生。

2.5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地

發(fā)現(xiàn)水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地故障時，應(yīng)立即查明故障的地點和性質(zhì)，并停機檢修。否則可能引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地的事故，嚴(yán)重時會燒毀發(fā)電機轉(zhuǎn)子。產(chǎn)生的原因主要有轉(zhuǎn)子引線絕緣老化、碳刷引線打鐵、勵磁系統(tǒng)污垢過多及碳刷處碳粉過多造成絕緣降低等。

預(yù)防的措施有:定期清理轉(zhuǎn)子各引線，避免產(chǎn)生污垢和碳粉積累，保持轉(zhuǎn)子引線清潔干凈，經(jīng)常測試轉(zhuǎn)子絕緣電阻并保證在規(guī)定值范圍內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)絕緣值下降，應(yīng)立即查明原因并予以消除。杜絕的方法有:定期做轉(zhuǎn)子預(yù)防性電氣試驗，掌握發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣情況，每次開機前用500V搖表 (發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓不同所用的表不一樣)檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子的絕緣電阻是否滿足規(guī)程要求。

2.6 發(fā)電機滑環(huán)或勵磁機碳刷冒火

發(fā)電機滑環(huán)或勵磁機碳刷冒火產(chǎn)生的原因一般有:碳刷未壓緊，刷架及引線松動，接觸不好，碳刷被刷架卡住，刷架位子不對或跑偏，碳刷材質(zhì)或型號不對，碳刷額定過流量小于轉(zhuǎn)子額定電流，滑環(huán)不圓或不平滑等。

發(fā)現(xiàn)發(fā)電機滑環(huán)或勵磁機碳刷冒火時，應(yīng)按上述原因逐項檢查。有效預(yù)防措施是:選擇合理的碳刷，保持刷架彈簧彈性完好并且刷架位子正確，接線良好可靠，選擇額定電流符合要求的碳刷，滑環(huán)表面光滑無電蝕現(xiàn)象。發(fā)電機運行中還應(yīng)經(jīng)常巡視檢查，及早發(fā)現(xiàn)冒火及早處理，防止事故擴大。

2.7 二次回路失控

發(fā)電機二次回路失控故障產(chǎn)生的常見原因有:電壓互感器二次回路斷線 (如熔絲熔斷)，操作電源熔絲熔斷或接觸不良，回路監(jiān)視繼電器故障，斷路器輔助觸點故障，機組勵磁冷卻風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，可控硅勵磁控制回路故障等。預(yù)防措施是:經(jīng)常對二次回路進行檢修與保養(yǎng)，定期做模擬傳動試驗，按要求及時做繼電保護試驗，經(jīng)常檢查二次回路電源及熔絲工作正常，保證二次回路各引線絕緣良好、各繼電器觸點無電蝕現(xiàn)象。

2.8 水輪機剪斷銷剪斷

當(dāng)雜物進入水輪機引水系統(tǒng)，進入水輪機導(dǎo)葉，恰逢調(diào)速器調(diào)整水輪機導(dǎo)葉開度向關(guān)機方向調(diào)整時，進入導(dǎo)葉的雜物就會被導(dǎo)葉卡住，如此時調(diào)速器繼續(xù)調(diào)整導(dǎo)葉向關(guān)機方向調(diào)整，則極易使水輪機剪斷銷剪斷。如水輪機導(dǎo)水機構(gòu)安裝質(zhì)量差，造成水輪機連桿操作機構(gòu)卡阻或別勁，當(dāng)卡阻或別勁大到一定值時，也能造成水輪機剪斷銷剪斷，但這種情況非常少見。杜絕此故障的辦法:一是在水輪機安裝時，嚴(yán)格按著水輪機安裝技術(shù)要求安裝，使水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)操作靈活;二是檢查攔污柵是否完好，盡量不讓雜物通過攔污柵，當(dāng)發(fā)生雜物進入導(dǎo)水系統(tǒng)中而引起的導(dǎo)葉被卡的故障時，有經(jīng)驗的運行人員可憑操作的手勁大小及現(xiàn)象觀察是否有雜物被卡，如有被卡的可能時，可在條件允許情況下，向增大導(dǎo)葉開度方向調(diào)整一下，然后再試著慢慢減少導(dǎo)葉開度，使臨時卡住的雜物被水沖掉，消除故障，否則需停機，做進一步的檢查處理。

2.9 冷卻水中斷

水輪機冷卻水中斷時，保護系統(tǒng)會發(fā)出冷卻水中斷故障提示，如不及時處理會導(dǎo)致水輪機軸承溫度過高，甚至造成水輪機軸承燒毀，釀成大事故。因此對冷卻水中斷故障要引起足夠的重視。處理的方法:一是打開冷卻器的排污閥，排一下污垢，看故障能否消除;二是檢查冷卻器過濾網(wǎng)是否堵塞，如不能清理要更換;三是對有壓力的冷卻器要檢查冷卻器的冷卻水壓力，若壓力小于額定值，則說明冷卻水壓力不足，應(yīng)進一步檢查冷卻水壓力不足的原因;四是檢查水輪機冷卻水回路的各管件閥門是否在打開位置。經(jīng)過上述檢查和處理一般均可消除水輪機冷卻水中斷的故障。

2.10 軸承溫度過高

運行中水輪發(fā)電機組發(fā)生軸承溫度過高時，應(yīng)密切注意監(jiān)視溫度變化情況，一般當(dāng)溫度升高到70℃時 (不同水力發(fā)電廠此值會有略微不同)，會造成水輪發(fā)電機組事故跳閘停機。因此在未達到跳閘溫度之前，應(yīng)盡快查明原因及早處理，防止造成更大損失。

檢查的項目:一是看冷卻水是否中斷，冷卻水壓力是否夠用;二是看軸承油位是否合理;三是檢查油色是否清純、透明，有無雜質(zhì);四是檢查甩油環(huán)是否甩油;五是用螺絲刀接觸軸承外殼判斷軸承是否有雜音，連接件是否有松動;六是油表是否損壞，指示是否準(zhǔn)確。運行中水輪發(fā)電機組一般通過以上幾項檢查和處理均能消除故障，否則應(yīng)停機，進行水輪發(fā)電機機組軸承解體，檢查軸承、軸瓦、油道、間隙等，根據(jù)相應(yīng)的問題進行對癥處理。

3 結(jié)語

水輪發(fā)電機組運行故障問題，關(guān)系到發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，必須引起足夠的重視。僅靠書本知識很難快速分析、判斷機組出現(xiàn)故障的原因。理論聯(lián)系實際，注重實際工作經(jīng)驗的總結(jié)，遇到問題時冷靜分析、沉著應(yīng)對，才能在故障出現(xiàn)時采取正確的處理辦法。

［1]單文培，單欣安.電氣設(shè)備安裝運行與檢修［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［2]劉云.水輪發(fā)電機故障處理與檢修［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.