水輪發電設備安全運行的保護措施研究

翟建忠

摘要：水輪發電設備是水力發電的重要組成部分，所以對于水輪發電設備的保護措施尤為重要，這關乎著水力發電能否長遠持久的運行以及減少整體的維護費用，降低危險。本文主要研究一些對于水輪發電設備的重要的保護技術，看看會帶來什么樣的效果！

關鍵詞：防潮保護結構，絕緣性能維護裝置，加工電壓穩壓裝置

1.背景

目前大中型水電站的水輪發電機一般須在機坑內由主機廠家提供專用座環專機加工設備，對水輪發電機的座環、下部固定止漏環及基礎環進行現場精加工，而且對其裝配立面、平面等部位進行現場刨配，使得其安裝精度要求很高。現有的水電站的地理位置一般較偏僻且位于電網末端，導致水輪發電機座環專機加工設備在作業期間，會出現施工電網電壓很不穩定，電壓波動范圍大，供電質量較差的情況，所以通常會配備一臺變壓器、以解決施工電網電壓很不穩定、電壓波動大且供電質量較差的問題，而變壓器主要是由外箱、鐵芯以及線圈組成。但是在變壓器工作運行過程，變壓器內的鐵芯和線圈會產生損耗而導致發熱，而變壓器外箱的散熱能力比較差，不容易及時散熱，從而會導致變壓器內的溫度過高，進而會導致變壓器出現溫度過高而損壞停機的問題。

由于運行環境的影響，不僅會導致發電機組風洞內的溫濕條件變化大，導致絕緣性能極易出現急劇劣化的情況，安全風險激增，也會因為水輪發電設備其外部設置防護罩，防潮效果較差，從而導致內部因溫差產生的潮氣仍無法有效去除，且防護罩內發電機工作所產生的熱量不易散發，影響發電機的散熱效果及其使用壽命。

2.水輪發電機座環專機加工電壓穩壓裝置

本保護措施在于提供一種水輪發電機座環專機加工電壓穩壓裝置，具有對變壓器進行有效散熱的效果。

2.1 技術方案

一種水輪發電機座環專機加工電壓穩壓裝置，包括：座環專機加工設備以及電連接于座環專機加工設備上的變壓器，變壓器的外側安裝有用于對變壓器進行 保護的機箱，機箱的外側面上還安裝有用于對變壓器進行散熱降溫處理的散熱機 構，散熱機構包括：安裝于機箱外側面上的固定架以及固定安裝于固定架上的散熱組件，機箱內還設置有用于對變壓器進行固定的緊固組件。

通過設置變壓器可以有效地解決座環專機加工設備對電源質量的高要求，從而可以保證座環專機加工設備的正常工作而通過設置機箱，可以對變壓器起到一定的保護作用、以防止變壓器遭受損壞;同時通過在機箱內設置散熱機構，可以 對變壓器在使用過程中產生的熱量進行有效的散熱降溫處理，從而可以提高變壓器的使用壽命。

通過設置旋轉馬達以及扇葉的結構，可以便于對機箱內的變壓器起到散熱降溫的效果，從而可以提高變壓器的使用壽命，同時通過設置隔網，可以便于對扇葉起到保護的作用。通過設置固定框架、固定槽以及螺栓相互配合的結構，不但可以對隔網起到固定的作用，而且還可以通過拆卸螺栓，則能對隔網進行拆卸、以便于對隔網進行清理。

通過設置連接凹塊與固定塊相互配合的結構，可以對變壓器起到導向的作用，從而使得變壓器上的連接凹塊滑動連接在機箱的固定塊上，然后通過螺栓與螺紋孔螺紋連接的固定結構，可以使得連接凹塊與固定塊相互固定，從而使得變壓器固定在機箱內。通過設置散熱板不但可以便于機箱內的空氣進行流動，而且可以對空氣中的灰塵進行阻隔，從而可以防止灰塵進入機箱內，進而可以避免灰塵粘 附在變壓器的表面、以影響變壓器的使用。

通過設置固定板和螺桿的固定配合結構，不但可以對散熱板進行固定，而且也可以對機箱的一側進行密封蓋合，從而可以對機箱內的變壓器起到保護的作用。通過設置滑槽，可以將散熱板和固定板沿滑槽在機箱的一側上進行滑動，從而可以便于對散熱板和固定板進行快速安裝或者拆卸。

2.2 技術原理示意圖

2.3 具體實施方法

一種水輪發電機座環專機加工電壓穩壓裝置，包括：座環專機加工設備，在該座環專機加工設備上電連接加裝一臺變壓器、以解決施工電網電壓很不穩定、電壓波動大且供電質量較差的問題，而該變壓器的外部安裝有用于對該變壓器進行保護的機箱，且該變壓器為干式隔離變壓器，該干式隔離變壓器的主付繞組間沒有直接的電氣聯系，只有磁的聯系，因此可對電網瞬間峰值和有害雜波進行有效衰減和隔離，從而有效提高供電質量和保持電壓穩定在一定允許范圍內，進而可以避免座環專機加工設備的直流集電環燒毀而停工的情況。

圖中，1座環專機加工設備;2變壓器;3機箱;4固定架;41旋轉馬達;42扇 葉;43隔網;431固定框架;44固定槽;45螺栓

該變壓器在使用過程中，電流經過線圈之后會產生一定的熱量，為了確保該變壓器長期正常運行，提高該變壓器的使用壽命，所以需要對該變壓器進行散熱降溫的處理。在該機箱的外側面上安裝有、用于對該變壓器進行散熱降溫處理的散熱機構，該散熱機構包括：安裝在該機箱外側面上的固定架，該固定架凸出外箱的一側面上，且該固定架上固定安裝有一個散熱組件，該散熱組件可以對變壓器在使用過程中產生的熱量進行有效的散熱降溫處理，從而可以提高變壓器的使用壽命。

散熱組件包括：安裝在該固定架上的旋轉馬達，該旋轉馬達的驅動端連接有扇葉、以驅動該扇葉進行轉動，而在該固定架的端口處可拆卸安裝有一層隔網，該隔網可以便于對扇葉起到保護的作用;而在固定架的端口邊緣處還設置有固定件，該固定件用于對隔網進行固定，通過設置旋轉馬達以及扇葉的結構，可以便于對機箱內的變壓器起到散熱降溫的效果，從而可以提高變壓器的使用壽命，同時通過設置隔網和固定件相互配合的結構，可以便于對隔網起到固定的作用，從而使得隔網可以對扇葉起到保護的作用。

3.水輪發電機的防潮保護結構

本保護措施在于提供一種用于水輪發電機的防潮保護結構，解決了為了對發電機進行防潮保護大多在其外部設置防護罩，防潮效果較差，內部因溫差產生的潮氣仍無法有效去除，且防護罩內發電機工作所產生的熱量不易散發，影響發電機的散熱效果及其使用壽命的問題。

3.1 技術方案

一種用于水輪發電機的防潮保護結構，包括水輪機殼，水輪機殼的上表面設置有發電機體，發電機體的外部設置有防護殼，發電機體的外表面固定連接有連接罩，連接罩的上表面開設有插槽，插槽內插接有散熱組件，散熱組件卡接在防護殼的外壁，防護殼的上表面開設有放置孔，放置孔內設置有干燥盒，防護殼的上表面與防護組件的下表面固定連接。

散熱組件包括導熱板，導熱板插接在插槽內，導熱板的外壁設置有若干個散熱片，散熱片的正面開設有三個散熱孔，散熱片卡接在防護殼的外壁。防護組件包括頂板，頂板的下表面通過防塵罩與防護殼的上表面固定連接。頂板的頂部設置為圓弧狀，頂板的正下方設置有擋水罩，擋水罩的下表面與防護殼的上表面固定連接，擋水罩位于放置孔的上方。防護殼的底部螺紋連接在螺紋槽內，螺紋槽開設在水輪機殼的上表面。導熱板和連接罩的形狀均設置為環狀，放置孔的形狀設置為十字形。

3.2 技術原理示意圖

圖中：1水輪機殼、2發電機體、3防護殼、4連接罩、5散熱組件、51導熱板、52散熱孔、 53散熱片、6插槽、7放置孔、8干燥盒、9擋水罩、10防護組件、101防塵罩、102頂板、11螺紋槽。

3.3 具體實施方法

一種用于水輪發電機的防潮保護結構，包括水輪機殼，水輪機殼的上表面設置有發電機體，發電機體的外部設置有防護殼 ，發電機體的外表面固定連接有連接罩，連接罩的上表面開設有插槽，因設置有插槽，使得插槽有效的對導熱板進行限位，提高了熱傳遞的效率，插槽內插接有散熱組件，散熱組件卡接在防護殼的外壁，防護殼的上表面開設有放置孔，放置孔內設置有干燥盒，通過設置有干燥盒，使干燥盒有效的吸收防護殼內部潮氣，提高對發電機體防潮的效果，防護殼的上表面與防護組件的下表面固定連接，防護組件包括頂板，頂板的下表面通過防塵罩與防護殼的上表面固定連接，頂板的頂部設置為圓弧狀，頂板的正下方設置有擋水罩，擋水罩的下表面與防護殼的上表面固定連接，擋水罩位于放置孔的上方，通過防塵罩與擋水罩之間的相互配合，因頂板的頂部為圓弧狀，使得水有效的從頂板的邊緣處落下，并且通過與擋水罩之間的配合，使得水不會落入防護殼內對發電機體造成損壞，且通過放置孔和防塵罩使防護殼內部氣流可與外界氣流相流通，進一步提高了對發電機體防潮散熱的效果。

散熱組件包括導熱板，導熱板插接在插槽內，導熱板的外壁設置有若干個散熱片，散熱片的正面開設有三個散熱孔，因設置有散熱孔，且增加了散熱片與空氣接觸的面積，進一步提高對發電機體的散熱效果，散熱片卡接在防護殼的外壁，通過導熱板與散熱片之間的相互配合，發電機體工作產生的熱量會通過連接罩傳遞至導熱板上，再由導熱板將熱量傳遞至多個散熱片進行散出。

防護殼的底部螺紋連接在螺紋槽內，螺紋槽開設在水輪機殼的上表面，通過設置螺紋槽，使得防護殼在旋轉的過程中可脫離水輪機殼，便于對發電機體進行檢修，導熱板和連接罩的形狀均設置為環狀，放置孔的形狀設置為十字形，因設置有放置孔，使得放置孔對干燥盒限位的同時還可起到通風的作用，使防護殼內熱量可通過放置孔排出。

1. 一種水輪發電機絕緣性能維護裝置

本保護措施在于提供一種水輪發電機絕緣性能維護裝置，解決現有技術中水輪發電機絕緣性能不穩定，安全風險高的技術問題。

2. 技術方案

一種水輪發電機絕緣性能維護裝置，包括：溫度傳感器、濕度傳感器、轉速傳感器、控制器、計時器、加熱器、報警器以及除濕機。溫度傳感器、濕度傳感器以及轉速傳感器分別與控制器相連。控制器與計時器、加熱器、報警器以及除濕機相連。溫度傳感器和濕度傳感器的數量為多個，均與控制器相連。水輪發電機絕緣性能維護裝置還包括：顯示屏。顯示屏與控制器相連。

4.2 技術原理示意圖

4.3 具體實施方法

一種水輪發電機絕緣性能維護裝置，包括：溫度傳感器、濕度傳感器、 轉速傳感器、控制器、計時器、加熱器以及除濕機。

風洞內的溫度控制在20℃～40℃：當溫度低于20℃時，需要進行升溫;也就是說，預先在控制器中設置溫度比較閾值為20攝氏度，當實測溫度低于溫度比較閾值時，控制器驅動加熱器運行加熱，當高于40攝氏度后停止。

風洞內的濕度控制在65%RH以下：當風洞內的濕度高于65%RH以上時，需要進行除濕;也就是說，預先在控制器中設置濕度比較閾值為65%RH，當實測濕度低于濕度比較閾值時，控制器驅動除濕機運行除濕。

針對水輪發電機的運轉狀態進行監控，并以其停機或者低轉速運行時間段的長短作為判斷是否需要維護的依據，只是維護人員進行維護用以保證絕緣性能。也就是說，通過轉速傳感器3實時監測轉速，反饋給控制器，并與預設的轉速比較閾值比較，當轉速低于預設的轉速比較閾值時，控制器驅動計時器開始計時，當持續時間高于設定值時，需要指示維護人員。

采用多個溫度傳感器并多點布置，多點采集溫度信息并都回傳給控制器;當其中某一個溫度傳感器或者多個溫度傳感器低于20攝氏度時，可判斷整體低于20攝氏度;當其中任意兩個實測溫度低于20攝氏度時，即可觸發加熱指令。

采用多個濕度傳感器并多點布置，多點采集濕度信息并都回傳給控制器;當其中某一個濕度傳感器或者多個濕度傳感器高于65%RH時，可判斷整體高于65%RH;當其中任意兩個實測濕度高于65%RH時，即可觸發除濕指令。

5.結語

這些保護措施的有益效果對比沒有保護措施的來說：水輪發電機座環專機加工電壓穩壓裝置可以保證座環專機加工設備的正常工作;可以對變壓器起到一定的保護作用、以防止變壓器遭受損壞;可以對變壓器在使用過程中產生的熱量進行有效的散熱降溫處理，從而可以提高變壓器的使用壽命;可以防止灰塵進入機箱內，進而可以避免灰塵粘附在變壓器的表面、以影響變壓器的使用;可以便于對散熱板和固定板進行快速安裝或者拆卸。

水輪發電機的防潮保護結構可以使得該保護結構對發電機體防潮的同時有效的對其進行散熱，保證了發電機體的正常工作及其使用壽命;可以進一步提高了對發電機體防潮散熱的效果;可以便于于對發電機體進行檢修，且增加了散熱片與空氣接觸的面積，進一步提高對發電機體的散熱效果。

絕緣性能維護裝置可以通過設置溫度傳感器和濕度傳感器能夠實時監測風洞內的溫度和濕度，并發送給控制器用于與預先設定的安全閾值比較，而后控制加熱器和除濕機運行，調整風洞內的溫濕度，從而保證水輪發電機的絕緣度。同時，通過轉速傳感器實時監測水輪發電機的轉速，通過比較預先設置的閾值，從而判斷水輪發電機的運轉狀態，配合控制器和計時器從而判斷水輪發電機組的停機和超低速運轉的時長，作為維護指示的判斷依據，便于向維護人員發出維護指示;并進一步通過報警器發送更加直觀顯著的維護指示信號。

參考文獻：

[1]邱建飛，姚衛東. 變壓器的日常維護和故障分析[J].《機電信息》， 2013年

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