水電站水輪發(fā)電機(jī)組的常見故障與處理技術(shù)分析

系 陽

（廣東水電二局股份有限公司，湖南 懷化 418199）

0 引 言

水利發(fā)電是重要的國家戰(zhàn)略資源，因此水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)作正常是保證該資源的重要指標(biāo)。由于水電站水輪機(jī)組的組織結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，葉片和油潤系統(tǒng)共同組裝構(gòu)成了該組件，但水輪機(jī)組主要還是靠沖水運(yùn)轉(zhuǎn)，因此使用過程中交互運(yùn)轉(zhuǎn)總會出現(xiàn)各種復(fù)雜的問題，造成機(jī)組發(fā)電計(jì)劃無法按時完成。基于此，發(fā)電機(jī)組運(yùn)作中要制定詳細(xì)的預(yù)案，提出常見故障的維護(hù)保養(yǎng)途徑和對策，找出常見故障的深層原因。

1 水電站水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行分析

1.1 水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式

水電站水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理主要是物理學(xué)上通用的負(fù)荷傳遞原理，根據(jù)運(yùn)行機(jī)組數(shù)分為并網(wǎng)運(yùn)行、單機(jī)運(yùn)行等運(yùn)行模式。但通常一些水電站是根據(jù)另外一種劃分方式區(qū)分水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式。水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行中，根據(jù)調(diào)速器的模式變化分為自動運(yùn)行、手動運(yùn)行等運(yùn)行方式。

1.2 水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析

水輪發(fā)電依靠的不單是一個機(jī)器，是由多種機(jī)器和零件組成的一個機(jī)組來完成發(fā)電工作。組成水輪發(fā)電器的關(guān)鍵因素主要有轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器及制動器。其中，定子中又包含機(jī)座、鐵芯及繞組。定子還兼具結(jié)構(gòu)調(diào)整的功能，可以根據(jù)運(yùn)輸條件和發(fā)電功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，如調(diào)節(jié)定子鐵芯冷軋硅鋼片的疊成。此外，水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，機(jī)組內(nèi)部密閉且空氣冷卻，系統(tǒng)正常循環(huán)，以保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高發(fā)電效率。

2 水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中常見的故障

水輪發(fā)電機(jī)是一個龐大的發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行時會產(chǎn)生很高的熱量，因此機(jī)組的機(jī)器和零件很容易產(chǎn)生故障。

2.1 溫度故障

水電站水輪發(fā)電機(jī)組在長期、無間斷運(yùn)行的過程中，會產(chǎn)生較高的熱量，機(jī)身的溫度較高，在一定程度上會拖慢設(shè)備的運(yùn)行，尤其是對發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承運(yùn)行的速度影響很大。如果機(jī)組不能及時散熱或者缺乏散熱設(shè)備，將威脅機(jī)組的正常運(yùn)行，拖慢運(yùn)行設(shè)備，降低發(fā)電效率，降低電能供應(yīng)率，從而影響發(fā)電站的整體效益。此外，溫度過高還會使機(jī)組運(yùn)行必要的油料燃燒，造成事故[1]。

2.2 軸承過熱

水電站水輪發(fā)電機(jī)組常見的設(shè)備故障還有軸承過熱。軸承過熱可能是長時間運(yùn)行導(dǎo)致機(jī)組熱量過高，卻無法及時散熱導(dǎo)致。軸承過熱還會導(dǎo)致調(diào)速器緊急停閥、機(jī)組超速及機(jī)組故障停機(jī)。

2.3 甩油故障

水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，很容易導(dǎo)致甩油故障的發(fā)生。導(dǎo)致甩油故障的主要原因有3點(diǎn)。（1）油箱中油料較多，超出標(biāo)準(zhǔn)值。（2）機(jī)組機(jī)器長時間、較大幅度運(yùn)行，超出標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行范圍。（3）油箱應(yīng)是一個密封的空間，油箱頂部的密封程度一定要高。如果油箱密封程度較低，長時間、高頻率的運(yùn)行中，會出現(xiàn)甩油故障。

同時，水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行速度較快、消耗較大，運(yùn)行使用和消耗的油料屬于易燃易爆物品，如果設(shè)備運(yùn)行過程中導(dǎo)致油料甩出而沒有及時制止，很容易造成安全事故，后果嚴(yán)重。

3 水電站水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障解決和處理方法

3.1 硬件設(shè)計(jì)

水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的特點(diǎn)主要有電磁干擾較強(qiáng)、水輪機(jī)振動力度大及機(jī)組和廠房的環(huán)境濕度大。因此，發(fā)電機(jī)組的硬件要求非常高。首先，需要具備較好的防震、防電磁干擾的功能。其次，還要機(jī)器選材適應(yīng)潮濕的環(huán)境，或者具備防潮功能。現(xiàn)代發(fā)電機(jī)組應(yīng)用PLC技術(shù)可以克服水輪發(fā)電機(jī)組的不利條件，滿足發(fā)電機(jī)組的必要要求。PLC是基于數(shù)字運(yùn)算的電子操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，通過輸入、輸出系統(tǒng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)來監(jiān)督控制工業(yè)生產(chǎn)。PLC的硬件結(jié)構(gòu)與工業(yè)常用的微型計(jì)算機(jī)相同，具有存儲數(shù)據(jù)量大、編程簡單、運(yùn)行速度快、輸入輸出功能全面及可擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。PLC主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水電站水輪機(jī)PLC結(jié)構(gòu)圖

3.2 裝配水輪發(fā)電機(jī)檢修系統(tǒng)

水輪發(fā)電機(jī)組存在很多事故隱患，如果存在一個對應(yīng)的發(fā)電機(jī)檢修系統(tǒng)，會減少事故的發(fā)生，提高發(fā)電效率。因此，借助互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等，針對水輪發(fā)電機(jī)存在的產(chǎn)檢問題，設(shè)計(jì)了水輪發(fā)電機(jī)常見故障的檢測與檢修系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過如下3個步驟進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)的檢修。

第1步，應(yīng)用無線傳感技術(shù)，在水輪發(fā)電機(jī)組的各設(shè)備上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。測點(diǎn)的安放要遵循完整感知的原則，盡量不要安放地過于稀疏或過于密集，要考慮到現(xiàn)實(shí)的需要。同時考慮傳輸信號是否通暢、監(jiān)測數(shù)據(jù)能否正常輸入系統(tǒng)分析等。

第2步，建立完整的數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)分析。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時對比正常機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對水輪發(fā)電機(jī)的工況作出分析。最重要的是要建立完整的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)組運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、全天運(yùn)行值、機(jī)器以往故障維修記錄及機(jī)組各故障具體維修方法等[2]。

第3步，安裝智能警報系統(tǒng)。系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測和分析到的可能故障做出及時警報，技術(shù)工人可以在第一時間趕到，并進(jìn)行修理和維護(hù)，以減少損失。

水輪發(fā)電機(jī)的檢修系統(tǒng)由前端無線傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及智能警報系統(tǒng)組成，可以預(yù)測可能發(fā)生的故障，也可以對已經(jīng)發(fā)生的常見故障做出及時止損，避免影響整個機(jī)組的運(yùn)行，提高發(fā)電效率。

3.3 高溫處理技術(shù)

溫度超出標(biāo)準(zhǔn)值是發(fā)電機(jī)組最常見的故障。處理這類事故首先需要機(jī)組具備測溫系統(tǒng)，對溫度實(shí)施監(jiān)控。

溫控系統(tǒng)的主要功能是：若發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷大于額定值，或者定子電流高于額定值，系統(tǒng)會自動對機(jī)組運(yùn)行功率和速度進(jìn)行調(diào)整；如果調(diào)整后的3 min內(nèi)溫度仍未降到標(biāo)準(zhǔn)值以下，則引發(fā)溫度異常警報。

此外，針對冷卻水壓異常引發(fā)的高溫，要對水泵進(jìn)行全面檢查，同時保證機(jī)組有足夠的備用水進(jìn)行冷卻。這既保證了及時冷卻高溫設(shè)備，又降低了水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障造成的損失[3]。

3.4 加強(qiáng)日常維護(hù)工作

加強(qiáng)日常維護(hù)工作，可以保證水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行、減少常見故障的發(fā)生。日常維護(hù)工作，可以從如下3個方面展開。第一，需要深入、具體地了解水電站水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理、運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行狀況；及時清理設(shè)備運(yùn)行過程中的積水，為水電站水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行提供良好的環(huán)境。第二，實(shí)時監(jiān)測溫度、輸出功率及運(yùn)行速度等關(guān)鍵因素，規(guī)定安全的運(yùn)行數(shù)據(jù)，加強(qiáng)日常監(jiān)測，定期抽查。第三，定期對水電站水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備組進(jìn)行抽查質(zhì)檢，針對磨損、老化、腐蝕的零部件，需要進(jìn)行及時更換，對關(guān)鍵設(shè)備和零件進(jìn)行定期保養(yǎng)[4]。

4 結(jié) 論

水電站水輪發(fā)電機(jī)組的常見故障可以在技術(shù)、人工的努力下預(yù)防，并能對已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行及時制止。運(yùn)用PLC硬件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)督；利用檢修系統(tǒng)分析故障，盡快做出解決方案；高溫處理技術(shù)通過機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)和冷卻達(dá)到溫度標(biāo)準(zhǔn)值，減少故障損失；加強(qiáng)日常維護(hù)，有利于設(shè)備運(yùn)行順暢。