水輪發電機組主要故障及維護對策

嚴宇璽 四川華電金川水電開發有限公司

經濟的迅速發展使得人們對水能的需求顯著提升，人們的生活與生產都離不開水能的開發。石油資源具有不可再生的特征，水能則在這一方面相較石油資源有顯著優勢。隨著技術的發展與成熟，水能資源被迅速開發并廣泛應用。水輪發電機組在水力發電過程中扮演著關鍵角色，水輪發電機組起著轉換能量的作用，直接決定水電廠的運行狀態。為保證水電廠正常運行，管理主體應當定期診斷水輪發電機組的狀態，并及時維修出現故障的部分，以良好的監管意識推動水電廠的正常運轉。

一、水輪發電機組的結構及工作原理

水輪發電機時復雜的運行系統，發電機由細小而零碎的部位構成，這些部位依靠細碎的零件運轉，主要包括導軸承、制動器、機架等。其它的零件設備又被包含在這些設備當中，如釘子是由鐵芯、繞組、機座等部件構成的，而在實際應用中，操作人員會根據運行的需求和制造條件對發電機進行調整，使發電機的內部構成符合實際工作需求，達到運行標準。一般而言，水輪發電機采用密閉循環的方式運行，這種方式能夠通過內循環冷卻空間，保證機組平穩運行。

水輪發電機通常按照需求帶符合，結合現實狀況，還可能包括并網運行、單機運行等模式。除常見運行模式外，少數水輪發電機組會根據實際狀況借助調速器進行調整，應用這種工具的發電組則要包含自動與手動運行模式。

二、水輪發電機組主要故障簡述

（一）水輪發電機組電器部分主要障礙

從現實狀況看，水輪發電機組在電器部分的主要障礙有：一是發電機組超負荷運行，在正常運行中，水輪發電機的定子電流達到額定電流1.1 倍后，系統便會提示警報。此時，技術人員應當對機組進行處理，保證發電機組的正常運行。二是轉子接地的問題，發電子轉子出現故障的情況可大致分為兩種：一種是發電機的工作出現回路問題，據此可知故障點有電流通過。而發電機一點接地故障也可分為不同狀況，包括永久、斷續、瞬間接地，這些情況發生后回路中也不會產生電流，故障點也不會有電流通過。發電機勵磁系統能夠在短時間內持續運行，但由于一點接地狀況的存在，正負極會發生改變，從而導致兩點接地問題的出現。最終，轉子失衡，出現過熱或震動問題。

2013 年，湖北黃龍潭水力發電廠的一號機定子線圈數為396 個，中性引線和主引出線各有三根，額定電壓為13.8kV。1 號機組從開始運行至2013 年一直運行良好，但從2013 年開始，該發電機的定子絕緣出現問題，表現為A、C 兩相直流泄漏電流出現數值偏大狀況。這一問題給整個機組的正常運行造成阻礙，幸而在維護人員的嚴密排查下沒有造成嚴重后果。這啟示著維護人員強化對定子的檢查，通過密切排查消除安全隱患。

（二）水輪發電機組機械結構部分主要障礙

機械結構部門存在障礙的原因有許多，問題主要集中在三個方面：一方面是發電機出現強震現象，但在實際運行過程中，此類問題并不明顯，通常難以被技術人員及時發現。強震問題甚至被視為常規問題，強震現象可能給機組帶來消極影響，導致不同零部件使用壽命縮減。二是空蝕現象，發電機組一旦出現空蝕現象，許多零部件會被損壞，進而造成整個發電機組的嚴重損傷。發電機組的損傷與修理程度有著直接關系，技術人員必須清除空蝕問題，保證機組的安全運行。三是電網的穩定性問題，我國技術的高速發展使得發電機組廣泛應用于電網中，這推動著發電量的整體提升。然而，從實際調查數據可知，水輪發電機組的檢修實踐和次數正在大幅度減少，一旦出現故障，水輪發電機組便無法運行。這意味著電網的穩定性差，應當采取多種舉措強化維護管理環節，提升電網穩定性。

三、水輪發電機組維護對策

（一）強化日常維護工作

日常維護使保證水輪發電機組順利運行的關鍵步驟，也是發現故障的重要渠道。水電站運行時，定期維護設備有助于排除潛在風險。為提升水電站排除風險的能力，管理主體應當制定嚴格而完整的制度，對日常維護工作進行嚴格規范。

例如，實現日常維護管理工作的信息化，提升管理工作的系統化水平。開始每日排查工作前，首先明確不同機組部分的維護人員，了解不同維護人員的主要責任及具體的排查規劃，避免出現工作內容重復的現象。管理主體應當結合不同維護人員的規劃對其排查方案進行優化，注重對水輪發電機組運行細節的檢查與維護。與故障排查工作相關的制度安排應當做到精簡、細化，將水輪發電機組可能出現的各類問題包含在內，保證維護人員遇到難以解決的問題時，現有制度能夠為他們提供一定指導和保障。其次，維護人員在日常維護機組設備時需全面了解水輪發電機組的狀況和機組運行的現實環境，按照合理周期清掃水輪發電機組。水輪發電機組周圍應當保證無積水，維護人員在清掃發電機組時不僅要注重機組本身的清理，還要注重周圍環境的塑造。最后，一旦發現水輪發電機組存在故障，維護人員應當及時上報并采取措施排除故障。如更換磨損頻率高的設備，更換部分出現銹蝕狀況的設備，對這些容易出現故障的部分，維護人員需提升保養頻率，以此保證機組正常運行。此外，一旦出現異常狀況，如設備軸瓦損壞、聯動異常等現象，應當進行系統化的故障排查，了解與這一現象有關的零部件狀況，從整體的角度出發解決水電站水輪發電機的故障問題。傳統的維護體系中，維護人員只關注水輪發電機局部問題的解決，而沒有從宏觀的角度出發探究問題產生的原因。這導致一個環節的問題得到解決，另一環節則出現新問題，維護效率并不高。將宏觀理念滲透在維護過程中有助于解決這一問題，從系統的角度出發探究水電站的狀況，防止由于需要頻繁維修而導致發電機難以順暢運行。

（二）升級水輪發電機組維護相關技術

維護人員在檢驗機組設備的過程中，必須將全部的發電機組及設備連接線拔出，避免出現安全事故。總之，應當根據水輪發電機組實際運行中電壓的高低合理選擇搖表設備。水輪發電機的運行電壓達到標準則表明搖測具有一定準確性、合理性。隨后，維護人員可借助絕緣電阻搖測控制發電機組不同組成部分的絕緣參數，提升管理過程的系統化程度，并使絕緣參數控制在合理范圍內，保證水輪發電機組的正常運行。

面對水輪發電機組出現的高溫故障，技術人員可探究出現溫度異常現象的主要原因。通常情況下，水輪發電機組會在長時間的運行中出現溫度異常狀況，溫度不斷升高的現象得不到及時處理，機組運行可能出現重大事故。技術人員需建立防范意識，發現水輪發電機組超負荷運行的現象時，必須提升安全意識，引起重視并對額定值進行調整。此外，測溫裝置的性能也可能導致溫度異常的現象出現。技術人員需調整測溫裝置，將測溫裝置中的故障部分排除，并通知專業人員檢查、維護測溫裝置，弱化溫度異常對設備運行帶來的影響。部分機組的冷卻水壓存在性能問題，由冷卻水壓所造成的溫度異常應當對水泵進行檢查，同時冷卻備用水，控制水泵水壓，降低由于高溫而導致水輪發電機組故障的可能性。

面向發電機冒煙的狀況，技術人員需迅速找到具體的冒煙位置，研究發電機冒煙的可能原因。切斷電源是防止冒煙現象擴散的第一步，切斷電源后，技術人員需暫停水輪發電機組的運行，排查鏈接線路、電源開關可能存在的問題，通過建立完善的連接線路網絡保證通常的穩定性，并維護電源開關的正常工作狀態。冒煙設備的維護也是降低安全風險的重要方式，技術人員要及時更換冒煙設備可能存在的故障，在檢修后對冒煙設備進行測試，保證設備的正常運轉。在保證設備能夠正常運轉的前提下才能繼續使用該設備，維護設備運行安全。

值得注意的是，技術人員在檢修設備時應當明確自身崗位職責，明確不同維護工作的技術要點，避免出現頻繁拆卸、維修的狀況。頻繁的拆卸和維修可能導致水輪發電機組的正常運行受阻，且為減少水電站產生損失的可能性，技術人員應仔細閱讀過往的檢修報告，合理預測未來可能出現的事故。在大數據被廣泛應用于管理過程中的背景下，技術人員可借助大數據分析預測未來可能出現的狀況，并據此縮短或延長檢修時間。一般情況下，機組人員不得頻繁、隨意修改原有檢修方案，在應用大數據進行管理的前提下，機組人員修改檢修方案的過程都會被記錄在數據后臺，這邊提升了管理的有效性。一旦出現檢修問題，數據后臺能夠及時反映，這便提升了維修的機動能力。

（三）密切監測水輪發電機組運行狀況

檢測水輪發電機組的運行狀態能夠減少其產生故障的概率，當前，檢測水輪發電機組運行狀況的方式有許多，大多數方式依賴于網絡信息技術，因而具有較強的前瞻性。然而，在當前形勢下，技術人員應當明確實踐與數據相結合的檢測思路，不能盲信數據檢測結果，而要結合本地區水輪發電機組的狀況排查故障。大數據系統頻繁通報同一問題時，技術人員應當引起高度注意，進入水輪發電機組運行的實際場景進行考察，了解發電機組的運行狀況。檢測過程中，建立和檢測有關的機制尤為必要。不同技術人員負責的檢測領域不同，關鍵是要對不同領域的檢測工作進行合理安排，保證不出現低效檢測的狀況。相關制度規定應當能夠提升檢測工作的科學性，保障水輪發電機組被全天候檢測，并且能夠長時間穩定運行。

提升監測水平的關鍵在于強化技術人員培訓，各單位在培養人才的過程中應當以高標準，嚴要求來培養技術人員。其次，技術人員進入崗位后，各單位應當為其提供繼續培訓、教育服務，保證技術人員的技術水平處于動態發展的過程中。專項培訓將推動技術人員的技術水平朝著高精尖的方向發展。最后，技術人員應當充分了解新型設備和技術，這意味著各單位需為技術人員創造接觸新機器、新技術的機會，并培育他們熟練操作新設備的能力。

四、結束語

綜上所述，細致入微的監督與檢修時保證水輪發電機組正常運行的基礎。在未來較長一段時間內，提升水輪發電機的維修與監測水平，建立完善的監督機制是各單位努力的方向。隨著維護技術水平與人員素質的提升、管理制度的完善，水輪發電機組將能夠長時間平穩運行。