水輪機運行中的故障分析及處理措施

張銘一

（廣西右江水利開發有限責任公司 廣西百色 533000）

1 當前水輪機運行中常見的故障

1.1 剪斷銷剪斷故障

針對當前水輪機運行中常見的故障來講，最為典型突出的就是剪斷銷剪斷故障，水輪機在運行中因為高壓水流的沖擊而高速旋轉，經常會出現各種機械振動與磨損，其中的剪斷銷是傳動機構與水輪機導水葉拐臂二者間的連接器，它出現剪斷的原因主要是因為導水葉開關速度較快而提升了水流壓力致使剪斷銷被剪斷，導水葉在剪力遠遠大于正常操作力大約2倍時會失去控制。此外，剪斷銷還是水輪機導水葉中的核心保護裝置，假若導水葉在機械或卡住在狀況下，就會直接造成拐臂由于調速環的帶動而轉動，使得剪斷銷因承受過大的剪力而毀壞，最終引發水輪機故障，導水葉是剪斷銷的主要作業對象，它可以讓導水葉充分發揮出水功能，需要格外注意的是剪斷銷自身承受的剪力是有極限值的，并不是任意放大縮小的。

1.2 機組過速故障

圖1 水電站水輪機設備全系統圖

所謂的機組過速故障主要是指在正常開機停機的過程中出現調速器失控而引發的機組轉速驟增現象，一般情況下，機組的轉速大于銘牌上的規定數值就會增大轉動部位的離心率與擺度，進而直接導致轉動部分與固定部分相碰撞脫節，經過科學的調查研究資料顯示，客觀精準的超過轉速是40%，如果機組帶負荷運行的過程中使得負荷被甩掉，也會出現導葉關閉過慢或失去功能引發水輪機故障。

1.3 水輪機空化與空蝕

轉輪運行過程中經常出現空化或空蝕現象，轉輪抗腐蝕的性能與它組織表面光滑、細密的程度成正比關系，由于轉輪的加工工藝、熱處理、材質與性能指標、水輪機運行的水質環境等因素，轉輪在運行中經常會出現空化、空蝕乃至斷裂，且設備過于頻繁的震動也會導致轉輪裂紋出現，增加了水輪機運行的故障幾率。

1.4 軸承瓦溫異常升高故障

水輪機運行中常見的另一大故障就是各軸承瓦溫溫度升高乃至過高引發的故障。通常集中為以下幾個原因：①相關冷卻水中斷或冷卻水壓降低，導致導軸承油溫上升，大多是冷卻水管堵塞、相關技術供水閥門損壞等造成的；②潤滑油不足導致難以形成油膜，水輪機部位通常都使用巴氏合金軸瓦來固定轉軸，漏油與甩油的出現也是因為排油的閥門松散或油槽密封性能不良造成的；③潤滑油變質，通常導軸承中出現冷卻器漏水導致潤滑油混入大量水降低了潤滑效果，從而增大機組運行的與軸瓦的摩擦力，致使軸瓦溫度異常升高。

1.5 水輪機出力不足故障

通常水輪機的導葉開度與額定轉速不統一會大幅度降低水輪機的出力效果。水流中各種雜物將水輪機內部的導水機構卡死、水輪發電機相關設備的老化與絕緣降低、機組實際水頭遠小于正常水頭等，都會導致機組無法達到良好工況，不僅降低了工作效率，還造成了資金成本的損耗。

1.6 過負荷運行與調速器油壓異常降低問題

①由于溫度提高與絕緣材料的能力有限，在長時間的運行中難免會出現承受電壓強度的能力降低或介質脆弱老化，這會使得用戶使用的負荷接近機組的供電負荷，而且在電網的高壓線路運行中若存在故障，這在客觀程度上會直接造成三相不平衡的負載問題。②調速器油壓大幅度降低主要是指缺少對油壓設備運行狀況進行科學精準的檢查分析，各電磁閥損壞、壓力油管路出現裂紋與油泵損壞等因素都對油壓降低有或多或少的影響，另外沒有定期觀察調速器壓力油罐油位、未按時補氣也是一大原因，調速器油壓降低會造成機組無法正常開停機乃至運行中機組跳機等事故。

2 水輪機運行中的檢修維護

①加強實時狀態監測，時刻要注重提高自動化元件的可靠程度，不斷的改革創新與優化升級水輪機故障的維修模式，致力于強化故障處理效率并提供更加準確真實、科學合理的數據信息。②日常維護，盡量減少由于停機檢修造成的發電損失，提高對資源能源利用效率，對于不影響機組運行的小故障可以統一安排在低負荷停機或枯水季節進行檢修處理，建立完善的檢修制度并嚴格貫徹落實，盡可能削弱因為長時間停機檢修造成的發電損失。③廣泛搜集相關水輪發電機的檔案資料，建立完善的檔案資料庫，以便于運行檢修人員隨時查閱學習。

3 水輪機運行中故障的預防

一方面預防水輪機運行中最行之有效的策略就是加強實時狀態監測，旨在及時準確的發現問題并在短時間內予以解決，強化故障處理效率，所謂強化水輪機的狀態檢修工作主要是充分利用先進的計算機互聯網監控系統，從宏觀上實時檢測、記錄與分析水輪機設備的整體運行情況與數據參數等。此外，如果水輪機在運行中出現故障，應該在第一時間內向上級主管部門匯報，并進行詳細精確的歸納總結與反饋，因為只有提高計算機傳感元件的科學靈敏性，才能更好的確保數據的科學合理性，這有利于為后期的水輪機故障檢修打下堅實的基礎。

另一方面預防水輪機運行故障的另一大措施就是日常檢修，通常水輪機存在小問題與小故障，大多選擇在枯水季節進行統一的檢修與處理，這不僅有利于充分發揮出良好的社會經濟效益，減少由于停機檢修產生的發電損失，還有利于盡可能滿足豐水期的發電需求，需要特別注意的是，假如定期維修工作不到位而在豐水期發現水輪機難以正常高效的運轉，這會增加停機損失，對于電網來說，只有保障一定的備用容量，才能開展機組維修工作。

4 應對水輪機運行中出現故障的有效策略

4.1 機組過速的處理方法

①水輪機維修人員始終要保持冷靜沉著的態度有條不紊的處理機組過速的狀況，如果機組不超過額定轉速的35%，可以采取手動制動來停止機組；②如果機組缺失水輪機主閥，應該快速關閉機組前的進水口閥門，如果在開停機過程中，由于調速器或剪斷銷剪斷導致故障，都必須要當即關閉水輪機的主閥；③在水輪機運行過程中，如果突然失去負荷，通過過速保護裝置來判斷是否需要關閉水輪機主閥或者是手動緊急停機。

4.2 軸承瓦溫度過高的處理方法

（1）如果溫度快速上升，同時伴有擺度與機組振動變化幅度較大的情況，應及時緊急停機，可以拆開軸承來檢查瓦面與軸承瓦間隙有無毀壞問題，更要詳細排查油水管路、軸承油位、冷卻水系統與測溫系統有無異常。

（2）如果溫度是循序漸進的緩慢上升，而且擺度與機組振動處于正常運轉的狀況下可以不用停機，首先要排查油位、測溫系統、冷卻水流量與壓力有無異常，如果短時間內難以診斷出原因，在溫度持續攀升的情況下可以立即停機檢查。

4.3 水輪機出力不足的處理方法

①如果水輪機在出力不足的過程中還時常伴有異響與劇烈振動等各種波動問題，需要始終秉持“實事求是、因地制宜”的原則理念來有針對性的診斷問題，并提出精準的應對措施；②在水輪機滿負荷運行的狀態下看有無負荷波動幅度較大的現象，仔細觀察水輪機的導葉有無氣蝕，更要管控好導葉的角度；③為了杜絕由于雜物堵塞水輪機而影響其正常機組出力，必須要及時清理攔污柵中的雜質，這有利于從根本上促進水輪機運轉的安全穩定性，盡可能降低故障的發生幾率。

5 結束語

綜上所述，本文對水輪機運行中的故障及處理措施進行探究分析具有重要的現實性意義，水輪機的安裝是建設水電站的重要環節，水輪機運行的安全穩定是保證水電站順利運行的核心基礎，眾所周知，水力發電站是電力能源的生產廠，而水電站充分發揮良好社會經濟效益的重要指標是水力發電機組的正常運轉，因此必須要有效降低水輪機事故發生的概率，始終以預防為主且堅持生產，水輪機是由各種機械部件組合而成，它通常置于水電站中的水庫上游，水輪機在水流的沖刷作用下旋轉而獲得機械能，由此為發電機運行提供動力，水力發電站基本實現無人化運行，以自動化與遠方控制運行為主，但是水輪機設備的構造繁瑣繁雜且受到各種主客觀因素的影響，經常會導致水輪機在運行中出現各種故障而降低了工作效率，所以需要采取科學合理的預防措施來促進我國社會經濟的又好又快發展進步。

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