水電站發電機的運行與維護措施探討

余懷湘

福建水口發電集團水口電站運營公司，福建 福州 350800

1 水電站發電機的運行

1.1 水輪發電機組的運行方式

按帶負荷方式有單機運行、并網運行兩種基本運行方式。按調速器控制方式一般分為手動運行、自動運行兩種運行方式。

1.2 凸極式同步發電機的運行方式

1.2.1 進相運行

隨著電力系統的發展，高壓電纜及輸電線路長度的增加，電力系統的容性無功功率也相應增加。在系統處于低負荷時，因線路問題造成的剩余無功功率，有可能使電網的某些點上出現電壓超過上限的情況。由此，發電機應進相運行，以此吸收多余的無功，從而起到調節電壓的效果。與此同時，水電站發電機的勵磁電流低于正常的勵磁電流，發電機處于欠勵狀態。

1.2.2 遲相運行

一般情況下，水電站的電力系統不僅需要一定的有功功率，還需要大量的感性無功。與此同時，發電機的勵磁電流超出了正常的勵磁電流，使發電機處于過勵狀態。

1.2.3 負勵磁和調相運行

水電站發電機可以作調相運行，以此維持電力系統和電網的電壓穩定，從而改善其功率因數并提高運行的效率。發電機處于調相運行時，可根據系統的要求運行于欠勵和過勵狀態。凸極式同步發電機處于無勵磁運行時，其仍然可以產生磁阻功率，甚至在其處于負勵磁運行時，依然可以產生小于磁阻功率的有功功率。在功角相同的情況下，發電機在負勵磁運行時從系統中吸收的無功比處于無勵磁運行時還多。

2 水輪發電機組運行的常見問題

2.1 定子繞組絕緣老化

定子繞組絕緣在運行時，承受著機械老化、電老化、熱老化，這3種老化現象互相影響，從而加快了定子繞組絕緣的老化。

2.2 定子繞組的溫度

定子繞組運行時的溫度，是由安裝在槽內的電阻型測溫計來實現溫度監測的。其通過在特制的試驗線棒內埋設大量電偶，在額定的工況下進行溫度的實測。定子通風不均、端部漏磁等都會導致定子繞組運行溫度的升高。

2.3 定子繞組絕緣污穢

當前，我國大部分水電站的水輪發電機內部油污、積灰都較為嚴重，其不僅影響鐵芯與繞組的散熱，還會引起繞組端部的局部過熱、爬電，甚至有可能著火。

2.4 激磁回路的絕緣及滅磁開關

在發電機運行時，由于磁極線圈的振動磨卡，其對地絕緣、線圈引出線、線圈內部積灰、集電環臟污、接頭變形位移等，都會引起激磁回路絕緣下降，在滅磁開關跳開產生過電壓的作用下擊穿，有些時候滅磁開關自身也會發生飛弧接地。

3 水電站發電機的維護

3.1 發電機的正常維護措施

對于停機時間在3天以上或新安裝的發電機，運行前應進行絕緣測量。對于電壓為400瓦的低壓電機，應用500W搖表搖測發電機的絕緣電阻，并要求定子繞組的相與相、定子繞組對外殼與轉子繞組的絕緣電阻值應在0.5mΩ之上。200mW的大型機組，每月應進行一次定、轉子絕緣測量。定子絕緣電阻值與以前同溫度下測量值相比不得降低2/3～4/5，吸收比不少于1.6（40℃以下），否則應查明原因并消除。絕緣電阻在不同溫度下的換算公式：

R75=Rt÷2（75-t）/10

式中：Rt為t℃時的絕緣電阻值；

t為定子線圈的實際溫度；

R75為75℃時的絕緣電阻值。

轉子回路絕緣電阻低于0.5mΩ時不得投運，消除不了則應請示總工程師。

發電機絕緣測量發現絕緣下降超過允許值時，必須采取措施進行干燥。發電機干燥的方法：1）定子采用通以直流電的方法,逐步升溫,以每小時不超過5℃～8℃為限,線圈最高溫度不超過75℃。干燥時,定子電流應在額定值的（25%～50%）為宜,絕緣電阻合格后應穩定（4～8）h；2）轉子用通直流電于磁極繞組中予以干燥,當絕緣電阻大于5mΩ時,停止干燥；3）當定、轉子絕緣受潮不嚴重時,可用空轉干燥法。

3.2 發電機運行過程中的維護

1）發電機的清潔：要求發電機的周圍不允許堆放雜物，應經常對發電機表面的灰塵與油污進行清除，定期對發電機的碳刷灰進行清除。其可用毛刷清掃或利用高壓氣筒清潔，再用沾有酒精的清潔布清除污垢。發電機的電刷滑環部位應重點清潔；

2）經常對滑環、電刷進行檢查與維護：滑環與電刷在發電機中，承擔著電流傳輸的任務，發電機運行的狀況與滑環的維護、電刷的選擇有著非常重要的關系。由此在實際的運行中，必須經常對滑環和電刷進行檢查，若發現問題需及時處理，盡可能的把故障扼殺在萌芽階段。運行中的電刷必須調整在滑環的中心線上，電刷與刷握配合不能太緊，應保證電刷在刷握內之間有0.1mm～0.2mm的間隙，從而允許電刷在刷握內有少量的縱向跳動，允許電刷有少量的火花。但如果電刷跳動過大，則需調整刷握或刷桿的位置并緊固螺栓，還要將電刷彈簧的壓力調整到適中的大小。倘若電刷產生的火花過大，則需要對滑環表面的污垢進行清除，用沾有四氯化碳溶液或酒精的干抹布清洗滑環，必要時可利用銼刀對滑環表面進行打磨，從而使其表面光潔。如果仍然無法消除火花，則需及時的更換同型號的電刷，并將新的電刷研磨成弧形，從而使其與滑環接觸更為良好，但應注意每次更換的電刷數量需小于電刷總數的1/3。

3.3 發電機運行中的檢查與監視

在發電機運行的過程中，值班人員在值班的過程中應做到“一看、二聽、三聞、四查。”其就是配合使用眼、耳、鼻，全面的了解、觀察發電機運行狀態，以此確保發電機的運行安全。一看，就是觀察發電機的勵磁電流、電壓，以及定子電流是否正常，防止發電機出現缺相、超負荷，避免因勵磁系統、發電機定子或電機外部線路發生的故障而損壞發電機。二聽，就是傾聽發電機運行時發出的聲音是否正常。例如發電機軸承損壞所發出的振動及響聲。發電機在正常運行狀態下所發出的聲音是均勻的，若出現其他響聲，說明發電機的內部出現了故障，從而需要立即停機檢查并維修。三聞，就是嗅聞發電機在運行時是否散發異味。若聞有異味，則說明發電機內部出現故障或外部線路出現問題。四查，就是經常對運行中的發電機進行檢查。運行值班人員必須經常監視發電機的各種表計變化，及時調整功率，保證電能質量，合理分配機組負荷避免機組在振動區運行，力求經濟運行。運行中的發電機每班巡回檢查一次。

發電機的巡回檢查項目：

1）查發電機是否有異音、異味和異常振動；

2）發電機滑環表面、電刷有無過熱變色、電刷和刷握有無卡澀現象，引線有無斷線、電刷過短應聯系更換，如發現電刷架總線搭接處個別電刷有過熱發展，應適當降低轉子電流，聯系檢修人員處理；

3）檢查各機組保護是否投入正常，各保護壓板在相應位置。發電機不允許無主保護運行，如工作需要，短時退出應請示總工程師并得到省調度許可；

4）各控制回路和勵磁裝置應正常投入；

5）每日早班值班人員應在測量運行機組轉子正負極對地電壓情況（Uf），以檢查轉子絕緣情況，轉子絕緣良好時，正（負）對地電壓接近于零；當正（負）對地電壓變化大時，說明轉子絕緣下降，應及時檢查確認并通知處理。

4 結論

綜上所述，若要做好發電機的運行與維護工作，應在發電機啟動前，對各部分的絕緣電阻進行測量，看其是否符合相關規定標準才可投入運行。維護工作，應做到事先的預防、及時發現問題、及時解決問題以及經常的監視與定期的檢查。由此確保發電機運行的穩定及安全。

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[2]吳岳鵬.水電站發電機組常見故障以及維修[J].科技資訊，2011(5).

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