水電站水輪發電機組的常見故障與處理技術分析

系 陽

（廣東水電二局股份有限公司，湖南 懷化 418199）

0 引 言

水利發電是重要的國家戰略資源，因此水輪發電機的運作正常是保證該資源的重要指標。由于水電站水輪機組的組織結構極其復雜，葉片和油潤系統共同組裝構成了該組件，但水輪機組主要還是靠沖水運轉，因此使用過程中交互運轉總會出現各種復雜的問題，造成機組發電計劃無法按時完成。基于此，發電機組運作中要制定詳細的預案，提出常見故障的維護保養途徑和對策，找出常見故障的深層原因。

1 水電站水輪發電機運行分析

1.1 水輪發電機的運行方式

水電站水輪發電機組的運行原理主要是物理學上通用的負荷傳遞原理，根據運行機組數分為并網運行、單機運行等運行模式。但通常一些水電站是根據另外一種劃分方式區分水輪發電機的運行模式。水輪發電機組的運行中，根據調速器的模式變化分為自動運行、手動運行等運行方式。

1.2 水輪發電機組的結構分析

水輪發電依靠的不單是一個機器，是由多種機器和零件組成的一個機組來完成發電工作。組成水輪發電器的關鍵因素主要有轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器及制動器。其中，定子中又包含機座、鐵芯及繞組。定子還兼具結構調整的功能，可以根據運輸條件和發電功能進行結構調節，如調節定子鐵芯冷軋硅鋼片的疊成。此外，水電站水輪發電機組運行的過程中，機組內部密閉且空氣冷卻，系統正常循環，以保證系統結構穩定，提高發電效率。

2 水電站水輪發電機組運行中常見的故障

水輪發電機是一個龐大的發電機組，運行時會產生很高的熱量，因此機組的機器和零件很容易產生故障。

2.1 溫度故障

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

2.2 軸承過熱

水電站水輪發電機組常見的設備故障還有軸承過熱。軸承過熱可能是長時間運行導致機組熱量過高，卻無法及時散熱導致。軸承過熱還會導致調速器緊急停閥、機組超速及機組故障停機。

2.3 甩油故障

水電站水輪發電機組運行的過程中，很容易導致甩油故障的發生。導致甩油故障的主要原因有3點。（1）油箱中油料較多，超出標準值。（2）機組機器長時間、較大幅度運行，超出標準的運行范圍。（3）油箱應是一個密封的空間，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、高頻率的運行中，會出現甩油故障。

同時，水輪發電機組的運行速度較快、消耗較大，運行使用和消耗的油料屬于易燃易爆物品，如果設備運行過程中導致油料甩出而沒有及時制止，很容易造成安全事故，后果嚴重。

3 水電站水輪發電機運行故障解決和處理方法

3.1 硬件設計

水電站水輪發電機組運行的特點主要有電磁干擾較強、水輪機振動力度大及機組和廠房的環境濕度大。因此，發電機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，還要機器選材適應潮濕的環境，或者具備防潮功能。現代發電機組應用PLC技術可以克服水輪發電機組的不利條件，滿足發電機組的必要要求。PLC是基于數字運算的電子操作系統，可實現遠程操控，通過輸入、輸出系統運行大數據來監督控制工業生產。PLC的硬件結構與工業常用的微型計算機相同，具有存儲數據量大、編程簡單、運行速度快、輸入輸出功能全面及可擴充等優點。PLC主要結構如圖1所示。

圖1 水電站水輪機PLC結構圖

3.2 裝配水輪發電機檢修系統

水輪發電機組存在很多事故隱患，如果存在一個對應的發電機檢修系統，會減少事故的發生，提高發電效率。因此，借助互聯網、無線傳感技術及大數據分析系統等，針對水輪發電機存在的產檢問題，設計了水輪發電機常見故障的檢測與檢修系統。該系統主要通過如下3個步驟進行水輪發電機的檢修。

第1步，應用無線傳感技術，在水輪發電機組的各設備上設置監測點。測點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，要考慮到現實的需要。同時考慮傳輸信號是否通暢、監測數據能否正常輸入系統分析等。

第2步，建立完整的數據庫，利用大數據分析。根據監測數據，同時對比正常機組運行參數，對水輪發電機的工況作出分析。最重要的是要建立完整的數據分析系統。系統應包括機組運行標準參數、全天運行值、機器以往故障維修記錄及機組各故障具體維修方法等[2]。

第3步，安裝智能警報系統。系統可以根據監測和分析到的可能故障做出及時警報，技術工人可以在第一時間趕到，并進行修理和維護，以減少損失。

水輪發電機的檢修系統由前端無線傳感技術、大數據分析及智能警報系統組成，可以預測可能發生的故障，也可以對已經發生的常見故障做出及時止損，避免影響整個機組的運行，提高發電效率。

3.3 高溫處理技術

溫度超出標準值是發電機組最常見的故障。處理這類事故首先需要機組具備測溫系統，對溫度實施監控。

溫控系統的主要功能是：若發電機組的有功負荷大于額定值，或者定子電流高于額定值，系統會自動對機組運行功率和速度進行調整；如果調整后的3 min內溫度仍未降到標準值以下，則引發溫度異常警報。

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

3.4 加強日常維護工作

加強日常維護工作，可以保證水輪發電機組正常運行、減少常見故障的發生。日常維護工作，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電機組的運行原理、運行環境及運行狀況；及時清理設備運行過程中的積水，為水電站水輪發電機組的正常運行提供良好的環境。第二，實時監測溫度、輸出功率及運行速度等關鍵因素，規定安全的運行數據，加強日常監測，定期抽查。第三，定期對水電站水輪發電機設備組進行抽查質檢，針對磨損、老化、腐蝕的零部件，需要進行及時更換，對關鍵設備和零件進行定期保養[4]。

4 結 論

水電站水輪發電機組的常見故障可以在技術、人工的努力下預防，并能對已經發生的故障進行及時制止。運用PLC硬件系統可以實現機組的遠程監督；利用檢修系統分析故障，盡快做出解決方案；高溫處理技術通過機組運行調節和冷卻達到溫度標準值，減少故障損失；加強日常維護，有利于設備運行順暢。