水電站機電設備常見故障及運維優化分析

水電站是水能發電的主要設施，對于保障國家能源安全、促進經濟發展具有重要作用。水電站機電設備復雜，如發電機組、水泵、調節閥門等，其涉及多個領域的知識，包括機械、電氣、電子、水力學等。水電站機電設備的故障會影響發電效率和安全性，甚至可能引起事故。《水電站機電設備故障分析與處理技術（機械分冊）》對水電站的水輪機、發電機、調速系統和輔助系統等機電設備的故障原因及處理進行分析，其中水輪機故障分析包含轉動部分、導水機構、水導軸承、豐軸密封以及金屬埋件等，發電機故障分析包含定子與轉子、機架與軸承以及輔助設備等，調速系統故障分析包含機械液壓系統和油壓裝置，輔助系統故障分析包括供水和空氣系統。本文參閱該書內容，對水電站機電設備常見故障及運維優化進行探討。

故障分析是保障設備穩定運行的關鍵環節。水輪機是水電站中最核心的機電設備之一，其故障會嚴重影響水電站的發電能力和安全穩定運行。常見水輪機故障有：第一，葉輪損壞。水輪機葉輪是水流在轉子上的動能轉換部件，承受著巨大的水力沖擊和離心力。長期運行后葉輪表面容易出現磨損，嚴重時可能出現葉片斷裂、葉輪脫落等故障。第二，軸承磨損。水輪機軸承是支撐轉子的關鍵部件，負責承受轉子的重力和慣性力，長期運行后容易出現磨損和疲勞斷裂等問題。第三，密封失效。水輪機密封件包括前軸封、后軸封、油封等，負責防止水和油從軸承處泄漏。經過長期運行，這些密封件容易出現老化、磨損等故障，可能導致泄漏和滲漏。以上故障均會導致水輪機的轉速和轉矩變化，影響水輪機的輸出功率，嚴重時可能會導致水輪機失效。

發電機的主要功能是將水輪機轉動產生的機械能轉換成電能。其常見故障如下：第一，繞組故障。發電機繞組是電磁場產生的重要部件，容易受到電磁力的影響，長期運行可能導致繞組絕緣老化、開路、短路等故障發生。第二，軸承故障。發電機軸承用來支撐轉子，長時間運行容易出現磨損和疲勞斷裂等故障。第三，冷卻系統故障。發電機的冷卻系統包括風扇、水冷器等，容易受到腐蝕、堵塞等，從而導致發電機內部溫度過高。第四，電刷故障。發電機電刷是導電部件，負責將電流從旋轉轉子傳遞到固定部件上，容易出現磨損、斷裂，從而影響發電機輸出功率和電壓穩定性。

變壓器負責將發電機產生的電能轉換成合適的電壓進行輸送。受長期運行和環境等因素影響，變壓器可能會出現故障，從而導致水電站電網電壓不穩定或者癱瘓。常見變壓器故障如下：第一，絕緣故障。變壓器長期運行后容易出現老化、損傷等情況，從而導致絕緣破裂、放電。第二，短路故障。變壓器內部的線圈和鐵心接觸不良或者損傷等情況，可能會導致變壓器內部出現短路、變壓器內部電流過大，嚴重時可能會使變壓器燒毀。第三，油污故障。變壓器內部的油是散熱和絕緣的重要介質，運行過程中可能會因污染、氧化等導致油質變差，造成變壓器溫度過高，電壓不穩定，嚴重時可能會導致變壓器失效。第四，過載故障。變壓器在工作中可能會因負載過大而出現故障，導致變壓器內部電流過大，溫度升高，影響變壓器的穩定運行。過載故障還會影響變壓器的壽命和安全性能。

針對上述機電設備故障，水電站可以采取以下措施進行運維優化：第一，設備巡檢。巡檢人員應制訂合理的巡檢計劃，對機電設備進行定期巡檢，及時發現故障和潛在問題，采取預防性維護措施。巡檢內容應包括設備外觀、設備運行狀態、設備接線及電器元件、設備潤滑及冷卻系統、設備安全保護裝置等。同時，巡檢人員應對巡檢工作進行詳細記錄，包含巡檢時間、人員、內容、結果以及維護措施等。第二，數據監測與分析。工程人員應采用物聯網技術和傳感器設備對機電設備運行狀態進行實時監測，獲取數據并進行分析，及時發現故障和異常情況，提高故障診斷的準確性和速度。監測內容應包含設備溫度、壓力、電流、電壓和轉速等關鍵參數。第三，維護管理。水電站應構建完善的維護管理體系，包括責任分工、流程標準、制度規范等，以確保設備得到定期保養和檢修，同時及時更新設備維護記錄和運行數據，以便進行有效的維護管理和故障分析。第四，提升設備的安全性。水電站應安裝溫度傳感器、壓力傳感器、安全閥、限位開關等安全裝置，對設備進行監測和保護，防止設備因故障或異常操作引發事故。同時，設備管理人員應在設備周圍設置安全標識，如安全提示、警示標識、緊急停機按鈕標識等。

綜上所述，水電站機電設備常見故障包括水輪機故障、發電機故障和變壓器故障等，水電站應建立完善的設備維護管理體系，對設備進行定期維護和監測，對運行數據進行分析，及時發現設備異常問題，以確保水電站的正常運行和發電效率。

作者簡介：王東（１９８１—），男，重慶人，重慶工貿職業技術學院智能制造學院副教授，研究方向為機電一體化技術應用