淺談水輪發電機組故障及處理措施

【摘 要】本文結合筆者多年的工作經驗，主要對水輪發電機組故障及處理措施進行了探討。

【關鍵詞】水輪發電機；故障原因；處理措施

水輪機運行中難免會發生各種各樣的異常情況，同一異常現象可能有不同的產生原因，因此，在分析故障現象時，要根據儀表指示，機組運轉聲響，振動，溫度 等現象，結合事故預兆，常規處理經驗進行分析判斷，必要時采用拆卸部件解體檢 查等方法和手段，從根本上消除設備故障。

1.水輪發電機組故障影響分析

近年來，隨著水電行業的快速發展，水電站座數、裝機和發電量成倍增長。在急需水電運行專業人員的情況下，部分電站業主聘用當地農民負責電站運行。由于水電運行人員技術水平整體低下，對水輪發電機組運行中出現的各種故障缺乏分析和處理能力，在水輪發電機組出現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，甚至造成財產損失。水輪發電機組運行中的常見故障一般有：發電機過負荷；發電機的振動和失步；發電機強行勵磁；發電機母線電壓單相接地；發電機轉子一點接地；發電機滑環或勵磁機碳刷冒火；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，輕則影響水利發電廠的經濟效益，重則造成人身及發電設施損壞，甚至整個電力系統癱瘓。

2.水輪發電機組故障產生的原因及處理措施

2.1發電機過負荷

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，當超過發電機額定負荷時，即造成發電機過負荷。調速器失控時，會造成水輪機導葉開度最大，水輪機進水流量最大，水輪機會在此工況下輸出最大出力，發電機不可避免地過負荷。單機獨立網帶負荷時，如遇負荷突然增大等也能造成發電機過負荷。為避免發電機過負荷現象發生，機組運行中應嚴格監視發電機的各項運行參數、溫升和各軸承溫度，隨時觀測水庫上游水位，認真做好記錄，盡量避免發電機單獨帶負荷。確需單獨帶負荷時，應密切監視機組運行參數變化，遇有異常運行情況時應準確判斷故障現象，及時果斷進行處理，確保發電機各項運行參數在允許范圍內。為減少由于調速器失控造成的機組過負荷，應定期對調速器進行保養調試，確保能安全準確調控機組。

2.2發電機的振動和失步

系統發生某些重大事故時，如三項不平衡、三項負荷不對稱、發電機出力與用戶負荷不能平衡，都會使發電機產生振蕩、失步。發電機發生振蕩時，運行人員應設法增加發電機的勵磁電流來創造恢復同期的條件。裝自動電壓調整器和強行勵磁裝置時，發電機電壓調整器會因發電機端電壓降低而動作，使勵磁電流達到最大值，此時應適當地降低該機組的負荷，以幫助恢復同步。整個電站系統失去同步時，全站所有的發電機都將發生振蕩，此時應立即增加各機組電流，在無法恢復同步時，應立即將機組與系統解列。

2.3發電機強行勵磁

當與發電機并列的其他機組發生事故，引起端電壓下降時，勵磁機或勵磁系統會立即增加勵磁電流，以便提高發電機輸出電壓，勵磁系統試圖將發電機電壓恢復到額定值，從自動檢測電壓到自動調整電壓的過程約需1min左右。如果是瞬間故障，經過勵磁系統的這個過程之后，發電機會恢復正常運行，即在這1min之內不必干預，由機組勵磁系統自動進行調整；1min后，如果機組自動調整后故障還未消除，則應根據現場規程的規定采取故障處理措施，降低發電機定、轉子電流到正常運行所允許的數值。為避免發生強勵動作，應保持發電機組勵磁系統及二次系統完好，同時應密切監視機組的運行參數，隨時調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生其他事故。

2.4發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，都能造成發電機母線電壓單相接地故障。不定期測量發電機相間，及每相對地的絕緣電阻，發現有發電機定子絕緣不好應及時處理。發現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，對水輪發電機組的絕緣要引起足夠的重視，要定期做電氣預防性試驗，保持發電機母線及絕緣子清潔，驅除發電廠房老鼠，有效避免發電機母線電壓單相接地故障的發生。

2.5發電機轉子一點接地

發現水輪發電機轉子一點接地故障時，應立即查明故障的地點和性質，并停機檢修。否則可能引起發電機轉子兩點接地的事故，嚴重時會燒毀發電機轉子。產生的原因主要有轉子引線絕緣老化、碳刷引線打鐵、勵磁系統污垢過多及碳刷處碳粉過多造成絕緣降低等。預防的措施有：定期清理轉子各引線，避免產生污垢和碳粉積累，保持轉子引線清潔干凈，經常測試轉子絕緣電阻并保證在規定值范圍內，如發現絕緣值下降，應立即查明原因并予以消除。杜絕的方法有：定期做轉子預防性電氣試驗，掌握發電機轉子絕緣情況，每次開機前用500V搖表（ 發電機轉子電壓不同所用的表不一樣）檢測發電機轉子的絕緣電阻是否滿足規程要求。

2.6發電機滑環或勵磁機碳刷冒火

發電機滑環或勵磁機碳刷冒火產生的原因一般有：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，碳刷材質或型號不對，碳刷額定過流量小于轉子額定電流，滑環不圓或不平滑等。發現發電機滑環或勵磁機碳刷冒火時，應按上述原因逐項檢查。有效預防措施是：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，滑環表面光滑無電蝕現象。發電機運行中還應經常巡視檢查，及早發現冒火及早處理，防止事故擴大。

2.7二次回路失控

發電機二次回路失控故障產生的常見原因有：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，回路監視繼電器故障，斷路器輔助觸點故障，機組勵磁冷卻風扇停轉，可控硅勵磁控制回路故障等。預防措施是：經常對二次回路進行檢修與保養，定期做模擬傳動試驗，按要求及時做繼電保護試驗，經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象。

2.8水輪機剪斷銷剪斷

當雜物進入水輪機引水系統，進入水輪機導葉，恰逢調速器調整水輪機導葉開度向關機方向調整時，進入導葉的雜物就會被導葉卡住，如此時調速器繼續調整導葉向關機方向調整，則極易使水輪機剪斷銷剪斷。如水輪機導水機構安裝質量差，造成水輪機連桿操作機構卡阻或別勁，當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，嚴格按著水輪機安裝技術要求安裝，使水輪機的導水機構操作靈活； 二是檢查攔污柵是否完好，盡量不讓雜物通過攔污柵，當發生雜物進入導水系統中而引起的導葉被卡的故障時，有經驗的運行人員可憑操作的手勁大小及現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，向增大導葉開度方向調整一下，然后再試著慢慢減少導葉開度，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，保護系統會發出冷卻水中斷故障提示，如不及時處理會導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

運行中水輪發電機組發生軸承溫度過高時，應密切注意監視溫度變化情況，一般當溫度升高到70℃時（不同水力發電廠此值會有略微不同），會造成水輪發電機組事故跳閘停機。因此在未達到跳閘溫度之前，應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；四是檢查甩油環是否甩油； 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，指示是否準確。運行中水輪發電機組一般通過以上幾項檢查和處理均能消除故障，否則應停機，進行水輪發電機機組軸承解體，檢查軸承、軸瓦、油道、間隙等，根據相應的問題進行對癥處理。

3.結語

水輪發電機組運行故障問題，關系到發電廠和電力系統的安全、穩定運行，必須引起足夠的重視。僅靠書本知識很難快速分析、判斷機組出現故障的原因。理論聯系實際，注重實際工作經驗的總結，遇到問題時冷靜分析、沉著應對，才能在故障出現時采取正確的處理辦法。

【參考文獻】

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

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