水電廠水輪發電機組檢修及維護

廣西泓源電力有限公司宜州水力發電廠 韋 斌 梁思寧

水輪發電機組是水電廠的核心設備，主要作用是將水流動能轉換為電能，其正常運行是電廠安全、穩定、高效運行的基礎[1]。因此，確保水輪發電機組正常運行顯得尤為重要。要確保水輪發電機組正常運行，對其進行日常的檢修和維護是非常必要的。本文結合某水力發電廠多年的檢修及維護經驗，分析水輪發電機組常見主要故障及其解決方法，并從管理學角度提出日常檢修及維護措施，以期為同行提供借鑒。

1 水輪發電機組的結構及其運行影響因素

1.1 水輪發電機組的結構

水輪發電機組主要部件有定子、轉子和勵磁裝置等[2]。定子主要是穩定水輪發電機組，由機座、鐵芯和繞組等組成。轉子保證發電機組穩定運轉，主要結構有輪轂、風扇和主軸裝置等。勵磁裝置為轉子提供磁場，使轉子與定子間有穩定的磁場，確保水輪發電機組正常運行。

1.2 水輪發電機組運行影響因素

機組質量、安裝、運行條件、檢修、維護等都會影響水輪發電機組的正常運行。例如，機組質量不合格，投入運行后易發生故障；再如安裝工藝達不到標準，同樣影響機組運行。因此，嚴格把好機組質量關和嚴格執行安裝流程，是保證機組運行的先決條件。

運行條件也是影響機組運行的重要因素之一。如機組的過電壓、過負荷運行等都會加速絕緣的老化，水流的氣蝕會加速破壞葉片，振蕩也對機組產生危害。檢修與維護同樣是影響機組運行關鍵因素之一。在實際工作，機組受損大多是由于不恰當的維護造成，例如使用變質的機組油，由于油的絕緣或潤滑性降低，造成機組受損；此外，不合理的運行以及不當的操作，例如非同期并網，也會破壞機組。

2 水輪發電機組常見故障

2.1 高溫故障

水輪發電機組長期運行會產生大量的熱量，導致轉子、鐵芯、定子、軸承等溫度過高。溫度過高產生不利影響，造成發電機組運行不正常。例如，軸承溫度過高，內置于發電機組的調速器可能發生緊急制停，導致機組出現故障而停機[3]。

水輪發電機組出現高溫情況，要及時降溫，最大限度降低負面影響。同時，加強溫度檢測，分析高溫原因，評估是否屬于正常發熱，以免做出錯誤判斷。此外，要加強日常維護，及時掌握設備溫度變化，防止溫度過高。

2.2 超負荷故障

超負荷是指定子部分的電流是額定電流的1.1倍以上[4]。超負荷運行的機組會打破設備過載保護，造成故障，從而無法正常運行。短暫超負荷運行影響不大，但長時間超負荷運行會對設備產生明顯的不利影響，降低了發電效率。超負荷也是常見水輪機電組故障之一。

水輪發電機組出現超負荷時會自動報警，此時必須及時處理，一要檢查各種影響發電機組功率的因素是否在額定范圍內，若不在則應立即進行調試以降低負荷；二要及時處理發電系統故障，因為這些故障易導致發電機組瞬時過載故障，影響水電站的正常運行。

2.3 轉子接地故障

長期運行的機組，由于轉子內部受潮、冷卻介質泄漏、絕緣老化以及機械振動等因素，造成轉子對地絕緣水平降低，引發轉子接地故障。以上是水輪發電機組常見的故障，分為轉子一點接地和轉子兩點接地（如圖1所示）。

圖1 轉子接地電路示意圖

從圖1中可以看出，當轉子一端接地時，由于未形成回路，電流沒有分流，流經各個轉子繞組（R1、R2、…Rn）的電流（I）是相等的，因此各個轉子繞組受到定子引力也是相等，轉子轉動時仍能保持平衡狀態，機組不發生振動，發電機組運行正常。當轉子兩點接地時，由于接地1和接地2形成了回路，電流也分流（形成I1、I2），流經轉子繞組R2的電流（I1）和其他轉子繞組如R1、Rn的電流（I）不相等，因而其所受到的定子引力不相等，這種不平衡會導致轉子發生振動，造成定子和轉子發生碰撞而導致電機受損。

此外，兩點接地還引發其他嚴重后果，一是當轉子電流比較大時，會出現過熱燒壞轉子和造成轉子鐵芯被磁化；二是電流通過轉子引起局部發熱，使轉子發生緩慢變形成偏心，進一步加劇振動；這些均會造成發電機組無法正常運行[5]。因此，當發現轉子一點接地時，應該立即采取措施，投入兩點接地保護或停機，以消除故障。

2.4 空蝕故障

空蝕是指在壓力變化條件下，與流體作相對運動的過流工件表面發生腐蝕破壞的現象[6]。空蝕是水輪發電機組運行中常見的故障之一。空蝕對水輪發電機組危害極大。

一是直接破壞過流部件特別是葉片。輕度空蝕會使轉輪葉片表面侵蝕成麻點、粗糙不平，嚴重空蝕呈海綿狀，甚至使轉輪葉片穿孔、掉塊。

二是降低水輪機效率[7]。空蝕故障本身不利于水輪機的運行，當造成葉片表面破損后，會加大水輪機的摩擦損失，同時影響水輪機運行時水的流態，降低水輪機的效率。

三是縮短了檢修周期，增加了檢修成本。因此，必須重視水輪機空蝕故障，每年至少對水輪機進行空蝕檢查一次，主要檢查葉片、輪轂、轉輪室、流道等部位，以確保水輪發電機組正常運行。

2.5 甩油故障

水輪發電機組在運行過程中，經常出現不同程度的甩油現象，原因可歸納以下幾種。一是水輪發電機組的長時間高負荷運行；二是機組設備中的油箱加油過多；三是油箱頂蓋螺絲松動，密封性降低。由于油屬于易燃易爆化學品，甩油最大的風險是容易導致火災故事的發生。同時，甩油還會造成定子溫度升高、增加定子線圈保養難度、降低定子絕緣水平、引發定子線圈接地進而發生相間短路等。因此，機組一旦出現甩油，檢修和維護人員必須立即進行排查處理、排除風險。

3 檢修和維護管理措施

3.1 提高檢修和維護人員的專業水平

檢修和維護人員的專業水平是水輪發電機組正常運行的重要保障。因此，必須提高檢修和維護人員的專業水平。一是招聘專業的技術人員從事檢修和維護；二是利用各種途徑加強對現有的檢修和維護人員進行培訓，如定期和不定期的專業技術培訓，包括由廠內有經驗的技術人員或其他水電廠的老師為技術人員進行培訓；三是有計劃地組織專業技術人員到學校、培訓機構或其他水電廠學習；四是在水輪發電機組發生故障時，組織現場檢修和維護會，通過查找故障、分析故障及解決故障，形成現場教學培訓。此外，還必須加強對技術人員的考核，使其不斷地有學習的壓力，以適應新時期水電廠水輪發電機組的檢修和維護要求。

3.2 定期檢修和狀態檢修相結合

檢修對于確保水輪發電機組的正常運行至關重要，通過定期檢修和狀態檢修相結合的方式可及時發現機組存在的問題并修理，確保設備正常運行。

定期檢修是例行檢修，目的是保持水輪發電機組的正常運行，減少故障發生。定期檢修應根據設備運行的特點和實際情況來制定檢修計劃，確保設備得到全面、準確地檢修。根據水輪發電機組檢修規模和停用時間，定期檢修實行分級管理（見表1）。定期檢修時間通常根據機組發生故障的周期來確定，鑒于水電廠受到季節影響，一般在枯水期檢修，因為枯水期發電機組發電頻率低，有利于減少經濟損失。定期檢修應當提前對機組的故障進行判定，盡可能將各種故障隱患及時排查和檢修，使機組的損失降到最低。

表1 水輪發電機組定期檢修的分級管理

狀態檢修也稱作診斷檢修，是利用計算機對機組運行狀態進行實時在線監測和分析，評估機組狀態，判斷是否正常運行。狀態檢修可以提前了解機組運行狀況，防止故障進一步加劇。特別重要的是，狀態檢修是基于計算機系統的實時在線監測和科學信息管理系統的結合，可有針對性地開展檢修，縮短診斷時間，提高工作效率。鑒于狀態檢修主要依托于計算機系統，受干擾較少，因此只要保證計算機系統安全可靠，即可保證水輪發電機狀態檢修結果的可靠性。為了更好地進行狀態檢修，特別是對一些重要部件檢修，應當安裝兩個具有自動傳輸功能的傳感軟件，以防一個軟件出現故障時仍有一個可用，確保檢修不受影響，也不影響機組的正常運行。

3.3 加強發電機組的日常維護

加強日常維護也是保障水輪發電機組正常運行的重要舉措。首先是從制度上保證落實。檢修和維護人員應當增強責任意識并確保各項措施得到落實。其次，在實際工作中應做到“點”“面”結合。“面”是指整體情況，如定期清理環境衛生、減少積水、保持設備整齊干凈等。“點”指的是對某種設備或部件進行維護，如對更換清理油泵、定期清掃汽水分離器、為調速器杠桿連接處注入機油、更新部分零部件并保養等。這些維護有利于確保水輪發電機組的穩定、安全運行，進而保障水電廠的正常發電。

4 結語

水輪發電機組設備的穩定運行是水電廠正常發電的重要保障。要使水輪發電機組設備的穩定運行，檢修和維護是極為重要的，也是必要的。只有做好檢修和維護工作，才能防止水輪發電機組發生故障，確保其始終保持安全、穩定、可靠地運行，從而確保水電水廠正常運行，為社會提供更加穩定的電能。