水輪發電機組運行故障診斷與分析

黃裕開

關鍵詞：水輪發電機組;水利水電;狀態修;故障診斷

引言：隨著用戶近年來對供電質量和可靠性的要求不斷提升，電力企業需要更加重視對發電設備的運維管理工作。在水電系統中，傳統的設備維護過程中的定期檢修理念已經無法滿足電力系統的發展需求，急需推出結合設備運轉故障情況進行狀態診斷的全新維修模式。為滿足工作要求，水輪發電機組設備管理人員需要掌握設備各類運行故障情況，結合設備現狀推出相應的狀態監測系統，為水力發電的可靠性提供保障。

1 水輪發電機組運行故障介紹

1.1 參數異常

發電機組運行期間往往會因為參數異常導致故障情況，部分參數未在規定范圍內將導致設備性能無法正常發揮，嚴重時可能造成設備損傷情況。一般而言，參數異常對發電機組的影響較小，但該異常情況通常較為隱蔽，在長期無法發現的情況，發電機相關部件受到持續損傷，不僅影響參數結果的精準性，甚至引發一系列的次生故障[1]。

1.2 溫度異常

在發電機組運行過程中，鐵芯、轉子、定子等各種發電機的部件溫度均會在電流的作用下出現穩定升高的情況，在處理不及時的情況下將會導致設備溫度過高，甚至可能出現部分零部件燒熔的問題。在實際運行過程中，部分金屬部件可能因異常松動或異物堆積等情況形成閉合回路，在耦合磁場的作用下形成較大的磁感應電流，導致設備過熱、短路等故障問題，甚至可能對整個發電機組的正常運行造成嚴重威脅。

1.3 轉子異常

發電機的運行穩定性離不開轉子等部件的支持，轉子異常將導致發電機無法正常運轉，進而使得電力生產作業中斷等問題出現。一般而言，轉子更容易出現接地故障，常見的接地故障主要為兩點或單點接地。在單點接地情況下，發電機短期內不會產生較大故障電流，但會導致轉子某一極對地電壓升高，隨著時間的推移將危害轉子絕緣，進而引發兩點接地這種影響轉子正常運行的故障問題。

1.4 機械故障

機械故障通常與水力發電機維護管理質量不佳存在關聯，在設備老化、松動、表面污染等問題長期無法處理的情況下，發電機的故障率將大幅度提升。例如，隨著設備的運行，在長期未做好機組進水口攔污柵清理工作的情況下，部分雜質將隨著水流進入水輪機流道，水輪發電機將會出現堵塞、振動、剪斷銷剪斷等異常情況，同時也會因為劇烈振動引發更多次生故障[2]。發電機內部的零部件在缺乏保養的情況下將更容易出現老化、磨損問題，如定子接地、定子松動、線纜脫出等問題，嚴重時可能導致發電機停止運行。調速系統的杠桿運行離不開壓力油的支持，在長期缺乏巡視和油質緩慢劣化的情況下，逆變部件更容易出現腐蝕、磨損等異常情況，最終導致發電機運行可靠性降低。

2 水輪發電機組運行故障診斷52

水輪發電機組常見故障雖然表現出多樣化的征兆和狀態，但各種狀態的具有表征對于故障的快速診斷具有重要意義，如電磁場分布異常、轉子碰撞磨損等問題的出現都會以振動的狀態展現出來。相對而言，發電機組在正常情況也可能存在輕微振動情況，但因設備故障引發的振動問題則存在明顯不同的特征，嚴重時可能引發停機等問題。電廠工作人員需要針對各發電機設備做好故障現象、故障原因等各類數據信息的記錄工作，為后續的故障快速診斷和狀態修系統建設提供數據支持。下面從發電機組振動故障方面入手，對發電機異常情況進行診斷分析。

發電機組的機械故障主要體現在主軸直徑尺寸不合格、軸系偏移、轉子不平衡等方面。其中，不平衡的轉子在運行過程中會因為離心力導致設備產生振動，而且在轉速持續提升的情況下，振動幅度也因此增強。軸系偏移問題與軸承安裝不合格或設備設計制造匹配度不足存在關聯，針對這一問題，電廠需要做好設備安裝前檢驗和安裝人員技能培訓工作，規避軸系不對稱等異常情況。在主軸選型安裝過程中，電廠需要做好檢測和調控工作，避免因主軸過細導致發電機轉子相關設備長期超負荷運行，造成撓度振動等異常情況。在加強設備安裝質量管控力度的同時，發電廠需要做好設備日常運維管理工作，結合狀態修監測結果進行設備清潔處理、注油保養等各項工作，有效規避機械故障問題。

機械振動問題的出現與轉子零部件磨損、定子和轉子存在不均勻間隙、鐵芯松動等也存在一定關聯。針對鐵芯松動引發的故障問題，工作人員可以結合狀態修監測結果進行排查處理，通過對鐵芯進行壓緊處理的方式消除故障。針對間隙不均勻問題，工作人員需要及時做好轉子、定子間隙調整工作，并針對磨損較大的部件進行更換，避免因轉子零部件破損影響其平衡性，導致更嚴重的振動問題。在水輪發電機組設計不合理的情況下，也可能導致機組設備在水流的作用下產生異常振動問題[3]。一般而言，當電廠將葉片振動區設定在機組正常運行狀態時，將會導致振動加劇情況，而運行期間水流攜帶的各類垃圾也可能導致葉片振蕩、堵塞等問題出現。在主軸缺乏穩定性的情況，機組轉速容易在超出第一臨界轉速兩倍的情況下產生更大的振動范圍，即油膜振蕩問題，電廠工作人員可以根據這一狀態做好故障診斷定位工作。

3 水輪發電機組運行狀態監控

為了推進狀態修在發電廠中的順利實施，電廠管理人員需要做好設備運行故障情況、運行狀態數據信息的積累工作，積極引進自動化、智能化技術，建立現場數據采集、遠程狀態監控和智能診斷相融合的設備狀態實時監控系統，實現機組設備異常情況的快速診斷，通過事前預控的維護模式提升設備運行可靠性。

結語：綜上所述，水輪發電機組運行過程中往往會因為參數異常、溫度異常、轉子異常、機械故障等各類情況下出現設備運行中斷、設備異常振動等問題。在各類故障診斷過程中，電廠工作人員需要做好各類引發故障的部件、故障現象相關數據的統計工作，同時需要積極引進智能化、自動化、計算機相關技術構建實時監測、智能診斷的監控系統，為水輪發電機組的可靠運行提供幫助。

參考文獻：

[1]孟繁欣，王振羽，王樹新，等.水輪發電機組振動故障診斷技術綜述[J].科學技術創新，2019（34）：191-192.

[2]黨建，何洋洋，賈嶸，等.水輪發電機組非平穩振動信號的檢測與故障診斷[J].水利學報，2016，47（02）：173-179.

[3]范小波，何虎昌，朱紅波.基于大數據平臺的水輪發電機組故障診斷系統[J].電力大數據，2019，22（11）：86-92.