水冷發電機運行故障分析

馬程

【摘 要】由發電機故障分析方法對發電機故障診斷之重要性談起，闡述了故障分析理論在發電機故障診斷中的應用。結合大量的發電機事故資料具體分析了發電機轉子線圈故障模式、故障原因，并建立了相應的故障樹。該新思路可為目前的狀態檢修提供更多的科學判據。

【關鍵詞】水冷發電機；運行故障；故障分析；

引言

與空氣和氫氣相比，水的熱容量很大，冷卻效率很高，所以大型發電機包括300MW、600MW和1000MW汽輪發電機，以及700MW水輪發電機等大容量的典型產品，定子繞組的“線棒”普遍采用冷卻水直接冷卻。然而，運行實踐表明采用這種冷卻方式也有很多缺點，那就是出現比較多的冷卻水的泄漏，甚至冷卻水的供給和循環被中斷等嚴重故障。漏水會引起化學腐蝕，損壞絕緣和電氣短路等嚴重事故。由于發電機內部充滿氫氣，冷卻水的供應和循環的中斷，還會引起發電機燒毀、甚至爆炸等重大事故。前蘇聯的切爾諾貝利核電站發生的震驚世界的核泄漏災難，就是因為冷卻水循環電動水泵的葉片斷裂以后，在強大的離心力作用下被甩出，并穿透廠房飛出百米以外，導致冷卻水中斷而引起的。最近日本福島核電站事故期間，由于冷卻水的中斷，為了防止事故惡化，曾經集中多艘船只一齊向發電站澆注冷卻水。

一、發電機故障的復雜性

發電機是一個復雜的系統。一些發電機的故障或故障趨勢是不可能簡單用盤表或監測儀器是否指示正常來反映，還需要專家的綜合分析。例如，發電機水冷系統滲水、漏水對水冷發電機的影響是非常大的，而現有監視儀表和監測裝置還不能完全檢測出這種狀況，不能判斷出是否真需要立即停機。解決這一問題需綜合經驗和知識，需靠專家通過分析水中含氫量的變化情況以及氫中含水量的變化與運行工況之間的關系才能有效解決。

二、監測分析的專業性

在線監測數據分析亦非常復雜和專業化，須有受過專門訓練的專業人員來完成監測數據的分析。如發電機定子槽絕緣放電，對定子絕緣的危害極大。但局放在線監測儀監測到的局放信號既有槽絕緣內放電信號，也有表面放電或電暈放電信號，只有專業人員才能將它們區分開來，而且不同類型、不同結構機組的局放特征是不一樣的。

綜上所述，尋求一種使在線監測和常規診斷方法以及專家經驗相結合的新的診斷方法是目前極為迫切的任務，這個新的診斷方法即所謂的專家系統。但是這種診斷方法必須建立在一定的理論基礎之上，才能使診斷的結果更合理，更具科學性。

通過對故障診斷方法的研究，可以將專家零散的知識有機地結合起來，使我們在監測手段還不完善的今天更好地掌握機組的運行狀況，因此，我們對發電機組的故障分析是很有意義的。對故障分析方法進行研究，不僅可使研究結果更加科學（對于一些故障模型可以引入數理邏輯和概率論進行定性或定量的分析），同時分析中所建立的正確模型是利用計算機推理的理論基礎。

三、故障分析方法

1、故障模式分析

通過從元件、材料以至系統（即由下而上）的分析，確定出系統不同結構層次上（或者不同功能層次上）的故障模式。要求分析能覆蓋系統在實際運用中的所有可能發生的故障模式。

2、故障后果分析

確定每一個故障模式對系統的影響后果，一般為：局部后果，高一級的后果，最終后果。

3、危害度分析

對每一個故障模式，按其嚴酷程度和發生頻率的綜合影響進行分類，以便確定糾正措施中的內容和順序。如：后果嚴重且發生頻率高的故障模式，應首先采取預防措施，即使措施的實施費用較高也在所不惜。相反，對那些后果較輕、發生頻率不高的故障模式，應進行費用權衡后才采取措施。

故障分析目的是通過尋找造成故障的各種因素（包括各種機理），確定其關鍵因素，以防該故障再現，同時也可為故障診斷提供可靠理論依據。故障分析一般分數理統計分析和機理分析兩大類。大量的數理統計、分析結果，為系統的使用與維修管理提供決策化依據；機理分析是通過系統不同狀態（正常或故障）下各種參數（電、化學、物理等）進行研究分析，提供判斷故障和技術改進的依據。

四、漏水的檢驗方法

容量比較大的汽輪發電機，通常采用“水-氫- 氫”冷卻方式。即定子繞組采用水冷，轉子繞組采用氫氣冷卻，定子鐵心也采用氫氣冷卻。對于一臺百萬千瓦級的發電機，最近10年來的連續5次大修過程中，都發現了在定子繞組端部存在有泄漏缺陷，這種漏水將會導致嚴重后果：（1）泄漏的水會腐蝕和損壞絕緣、甚至定子鐵心，導致危險的短路事故；（2）定子繞組內部循環冷卻水壓力降低，冷卻性能減小，“線棒”溫升過高，損壞繞組絕緣；（3）發電機內部的冷卻氫氣，將會通過泄漏部位滲入“線棒”內部的冷卻水中形成氣泡，并堵塞水路引起發熱，燒毀定子繞組，甚至熔 斷“線棒”股線。

五、漏水缺陷的預防

包括發電機在內的所有發電設備，它的冷卻水系統都是致命的要害部分。然而發電機的冷卻水事故卻是它獨有的隱患。當今世界上的水冷發電機，很少有不漏水的。即使出廠是合格的，在投入運行以后，也會由于振動、發熱等種種原因而誘發新的缺陷，或助長原有缺陷萌芽的發展和擴大。由于水的泄漏所帶來的麻煩，特別是典型的大型發電站，用戶經常反映“能不用水冷，就不用水冷”。由此可見，從根本上解決的途徑就是不再采用水冷，近年來采用空氣直接冷卻技術的中等容量的汽輪發電機已經普及。三峽發電站的發電機共有32臺，后期采用全空冷的機組也已運行成功。其余大多數前期投入運行的水冷機組也正在不動大手術的前提下，盡可能改造成為蒸發冷卻的機組。

六、結束語

水冷發電機本身就是一個非常復雜的機器，在運行的時候難免會遇到一些故障，所以這就要求我們對水冷發電機的維修工作人員要及時的掌握維修的辦法，并且還要及時的進行維護，減少故障的發生，同時也要要求維修的技術人員要及時的學習新的專業知識，在發電機出現故障的時候能夠在最短的時間內完成對水冷發電機的維修，并且還要與廠家提前的溝通好，在出現故障后能夠夠在第一時間與廠家進行溝通，然后找到解決故障的辦法，在盡量不耽誤工作的前提下，對水冷發電機進行維修，同時還要培養一些專業的維修人才，預防減少故障的出現。

參考文獻：

[1]周青龍·故障診斷與監控·北京：兵器工業出版社，1992

[2]梅啟智·系統可靠性過程基礎·北京：科學出版社，1987

（作者單位：新疆伊犁河流域開發建設管理局伊河電力有限責任公司）