水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障診斷與分析

黃裕開

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組;水利水電;狀態(tài)修;故障診斷

引言：隨著用戶近年來對(duì)供電質(zhì)量和可靠性的要求不斷提升，電力企業(yè)需要更加重視對(duì)發(fā)電設(shè)備的運(yùn)維管理工作。在水電系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)過程中的定期檢修理念已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，急需推出結(jié)合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障情況進(jìn)行狀態(tài)診斷的全新維修模式。為滿足工作要求，水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備管理人員需要掌握設(shè)備各類運(yùn)行故障情況，結(jié)合設(shè)備現(xiàn)狀推出相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為水力發(fā)電的可靠性提供保障。

1 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障介紹

1.1 參數(shù)異常

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間往往會(huì)因?yàn)閰?shù)異常導(dǎo)致故障情況，部分參數(shù)未在規(guī)定范圍內(nèi)將導(dǎo)致設(shè)備性能無法正常發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)可能造成設(shè)備損傷情況。一般而言，參數(shù)異常對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響較小，但該異常情況通常較為隱蔽，在長(zhǎng)期無法發(fā)現(xiàn)的情況，發(fā)電機(jī)相關(guān)部件受到持續(xù)損傷，不僅影響參數(shù)結(jié)果的精準(zhǔn)性，甚至引發(fā)一系列的次生故障[1]。

1.2 溫度異常

在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，鐵芯、轉(zhuǎn)子、定子等各種發(fā)電機(jī)的部件溫度均會(huì)在電流的作用下出現(xiàn)穩(wěn)定升高的情況，在處理不及時(shí)的情況下將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，甚至可能出現(xiàn)部分零部件燒熔的問題。在實(shí)際運(yùn)行過程中，部分金屬部件可能因異常松動(dòng)或異物堆積等情況形成閉合回路，在耦合磁場(chǎng)的作用下形成較大的磁感應(yīng)電流，導(dǎo)致設(shè)備過熱、短路等故障問題，甚至可能對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

1.3 轉(zhuǎn)子異常

發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性離不開轉(zhuǎn)子等部件的支持，轉(zhuǎn)子異常將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得電力生產(chǎn)作業(yè)中斷等問題出現(xiàn)。一般而言，轉(zhuǎn)子更容易出現(xiàn)接地故障，常見的接地故障主要為兩點(diǎn)或單點(diǎn)接地。在單點(diǎn)接地情況下，發(fā)電機(jī)短期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生較大故障電流，但會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子某一極對(duì)地電壓升高，隨著時(shí)間的推移將危害轉(zhuǎn)子絕緣，進(jìn)而引發(fā)兩點(diǎn)接地這種影響轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行的故障問題。

1.4 機(jī)械故障

機(jī)械故障通常與水力發(fā)電機(jī)維護(hù)管理質(zhì)量不佳存在關(guān)聯(lián)，在設(shè)備老化、松動(dòng)、表面污染等問題長(zhǎng)期無法處理的情況下，發(fā)電機(jī)的故障率將大幅度提升。例如，隨著設(shè)備的運(yùn)行，在長(zhǎng)期未做好機(jī)組進(jìn)水口攔污柵清理工作的情況下，部分雜質(zhì)將隨著水流進(jìn)入水輪機(jī)流道，水輪發(fā)電機(jī)將會(huì)出現(xiàn)堵塞、振動(dòng)、剪斷銷剪斷等異常情況，同時(shí)也會(huì)因?yàn)閯×艺駝?dòng)引發(fā)更多次生故障[2]。發(fā)電機(jī)內(nèi)部的零部件在缺乏保養(yǎng)的情況下將更容易出現(xiàn)老化、磨損問題，如定子接地、定子松動(dòng)、線纜脫出等問題，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行。調(diào)速系統(tǒng)的杠桿運(yùn)行離不開壓力油的支持，在長(zhǎng)期缺乏巡視和油質(zhì)緩慢劣化的情況下，逆變部件更容易出現(xiàn)腐蝕、磨損等異常情況，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性降低。

2 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障診斷52

水輪發(fā)電機(jī)組常見故障雖然表現(xiàn)出多樣化的征兆和狀態(tài)，但各種狀態(tài)的具有表征對(duì)于故障的快速診斷具有重要意義，如電磁場(chǎng)分布異常、轉(zhuǎn)子碰撞磨損等問題的出現(xiàn)都會(huì)以振動(dòng)的狀態(tài)展現(xiàn)出來。相對(duì)而言，發(fā)電機(jī)組在正常情況也可能存在輕微振動(dòng)情況，但因設(shè)備故障引發(fā)的振動(dòng)問題則存在明顯不同的特征，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)停機(jī)等問題。電廠工作人員需要針對(duì)各發(fā)電機(jī)設(shè)備做好故障現(xiàn)象、故障原因等各類數(shù)據(jù)信息的記錄工作，為后續(xù)的故障快速診斷和狀態(tài)修系統(tǒng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。下面從發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障方面入手，對(duì)發(fā)電機(jī)異常情況進(jìn)行診斷分析。

發(fā)電機(jī)組的機(jī)械故障主要體現(xiàn)在主軸直徑尺寸不合格、軸系偏移、轉(zhuǎn)子不平衡等方面。其中，不平衡的轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)殡x心力導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)，而且在轉(zhuǎn)速持續(xù)提升的情況下，振動(dòng)幅度也因此增強(qiáng)。軸系偏移問題與軸承安裝不合格或設(shè)備設(shè)計(jì)制造匹配度不足存在關(guān)聯(lián)，針對(duì)這一問題，電廠需要做好設(shè)備安裝前檢驗(yàn)和安裝人員技能培訓(xùn)工作，規(guī)避軸系不對(duì)稱等異常情況。在主軸選型安裝過程中，電廠需要做好檢測(cè)和調(diào)控工作，避免因主軸過細(xì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相關(guān)設(shè)備長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，造成撓度振動(dòng)等異常情況。在加強(qiáng)設(shè)備安裝質(zhì)量管控力度的同時(shí)，發(fā)電廠需要做好設(shè)備日常運(yùn)維管理工作，結(jié)合狀態(tài)修監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行設(shè)備清潔處理、注油保養(yǎng)等各項(xiàng)工作，有效規(guī)避機(jī)械故障問題。

機(jī)械振動(dòng)問題的出現(xiàn)與轉(zhuǎn)子零部件磨損、定子和轉(zhuǎn)子存在不均勻間隙、鐵芯松動(dòng)等也存在一定關(guān)聯(lián)。針對(duì)鐵芯松動(dòng)引發(fā)的故障問題，工作人員可以結(jié)合狀態(tài)修監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行排查處理，通過對(duì)鐵芯進(jìn)行壓緊處理的方式消除故障。針對(duì)間隙不均勻問題，工作人員需要及時(shí)做好轉(zhuǎn)子、定子間隙調(diào)整工作，并針對(duì)磨損較大的部件進(jìn)行更換，避免因轉(zhuǎn)子零部件破損影響其平衡性，導(dǎo)致更嚴(yán)重的振動(dòng)問題。在水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)不合理的情況下，也可能導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備在水流的作用下產(chǎn)生異常振動(dòng)問題[3]。一般而言，當(dāng)電廠將葉片振動(dòng)區(qū)設(shè)定在機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)加劇情況，而運(yùn)行期間水流攜帶的各類垃圾也可能導(dǎo)致葉片振蕩、堵塞等問題出現(xiàn)。在主軸缺乏穩(wěn)定性的情況，機(jī)組轉(zhuǎn)速容易在超出第一臨界轉(zhuǎn)速兩倍的情況下產(chǎn)生更大的振動(dòng)范圍，即油膜振蕩問題，電廠工作人員可以根據(jù)這一狀態(tài)做好故障診斷定位工作。

3 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

為了推進(jìn)狀態(tài)修在發(fā)電廠中的順利實(shí)施，電廠管理人員需要做好設(shè)備運(yùn)行故障情況、運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的積累工作，積極引進(jìn)自動(dòng)化、智能化技術(shù)，建立現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控和智能診斷相融合的設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組設(shè)備異常情況的快速診斷，通過事前預(yù)控的維護(hù)模式提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。

結(jié)語：綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中往往會(huì)因?yàn)閰?shù)異常、溫度異常、轉(zhuǎn)子異常、機(jī)械故障等各類情況下出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中斷、設(shè)備異常振動(dòng)等問題。在各類故障診斷過程中，電廠工作人員需要做好各類引發(fā)故障的部件、故障現(xiàn)象相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作，同時(shí)需要積極引進(jìn)智能化、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能診斷的監(jiān)控系統(tǒng)，為水輪發(fā)電機(jī)組的可靠運(yùn)行提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟繁欣，王振羽，王樹新，等.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷技術(shù)綜述[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（34）：191-192.

[2]黨建，何洋洋，賈嶸，等.水輪發(fā)電機(jī)組非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)與故障診斷[J].水利學(xué)報(bào)，2016，47（02）：173-179.

[3]范小波，何虎昌，朱紅波.基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)[J].電力大數(shù)據(jù)，2019，22（11）：86-92.