水力發(fā)電機(jī)組故障預(yù)測及維護(hù)探討

摘 要：水力發(fā)電機(jī)組屬于大型的工業(yè)機(jī)組，其運(yùn)行功率比較大，同時內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，操作起來要求具備比較高的技術(shù)水平。如今科技的發(fā)展日新月異，多數(shù)機(jī)械設(shè)備在其運(yùn)行過程中難免發(fā)生振動，從而引發(fā)無法避免的故障。水力發(fā)電機(jī)組也不例外，導(dǎo)致其產(chǎn)生振動故障的原因有很多，相應(yīng)的危險(xiǎn)程度本身也具備很大的不同之處。其產(chǎn)生的振動危害將直接影響水力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至直接影響到發(fā)電機(jī)組的使用壽命，所以必須要清除此類障礙，以此來找出導(dǎo)致其產(chǎn)生故障的主要原因。文章主要針對水力發(fā)電機(jī)組的故障進(jìn)行分析和預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上推出相應(yīng)的維護(hù)方法和策略以供參考。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電機(jī)組；故障預(yù)測；維護(hù)

引言

近年來，我國水力發(fā)電廠的建設(shè)數(shù)量及規(guī)模都開始不斷提升，大多數(shù)新建設(shè)的水力發(fā)電機(jī)組開始投入運(yùn)行。然而由于多方面的原因，水力發(fā)電機(jī)組很容易產(chǎn)生故障，比如在水電廠設(shè)備進(jìn)行制造、安裝等一系列過程中存在問題等。這些都將直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的振動擺度嚴(yán)重超標(biāo)，從而直接損傷機(jī)組的內(nèi)部機(jī)械零件，造成嚴(yán)重的運(yùn)行故障，對水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定及安全造成嚴(yán)重的影響[1]。因此就必須要做好對水力發(fā)電機(jī)組的故障預(yù)測，充分的挖掘其產(chǎn)生故障時的狀態(tài)監(jiān)測信息，從而有效的收集到其對故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測最有價(jià)值的信息，為發(fā)電機(jī)組的故障預(yù)測及維修奠定基礎(chǔ)。

1 水力發(fā)電機(jī)組故障預(yù)測具體方式

1.1 兩種預(yù)測方法的不足之處

發(fā)電機(jī)組屬于電力系統(tǒng)當(dāng)中最為關(guān)鍵和核心的機(jī)械設(shè)備，因此發(fā)電機(jī)組所具備的可靠性將直接影響到電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，因此必須針對發(fā)電機(jī)組設(shè)備的可靠性進(jìn)行預(yù)測和維護(hù)，以此來提升其可靠性能及有效的使用壽命。針對水電機(jī)組故障預(yù)測的方式具體有兩種，即為傳統(tǒng)的可靠性分析以及基于狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的故障預(yù)測方式。采用傳統(tǒng)的故障分析法，主要需要針對設(shè)備的故障間隔以及平均維修間隔進(jìn)行研究分析。但是這種方式在對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障預(yù)測分析時，嚴(yán)重忽略了相應(yīng)的維修效果，監(jiān)測信息以及其他環(huán)境狀態(tài)變量等多方面的信息[2]。而相比狀態(tài)維修技術(shù)而言，狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)本身是進(jìn)行故障預(yù)測和診斷的主要資源，需要嚴(yán)密結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，盡可能發(fā)掘出可靠信息來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。所以，對狀態(tài)監(jiān)測的故障預(yù)測法，能夠有效預(yù)測一些區(qū)間相對較短的故障，但難以滿足系統(tǒng)維修和規(guī)劃的發(fā)展需求。

1.2 兩種預(yù)測方法的結(jié)合和統(tǒng)一

以上可知傳統(tǒng)的可靠性分析法和狀態(tài)監(jiān)測信息故障預(yù)測法都存在著相應(yīng)的不足之處，如今相關(guān)學(xué)者提出了全新的理念，兼顧狀態(tài)監(jiān)測信息以及可靠性數(shù)據(jù)故障預(yù)測模型法，這種綜合性的方法本身對機(jī)械系統(tǒng)來說具有非常大的研究及應(yīng)用價(jià)值。需要綜合考慮設(shè)備故障時造成影響的故障診斷值，并且可以在此基礎(chǔ)上直接采取最大似然法來進(jìn)行模型的參數(shù)設(shè)計(jì)。然而，在針對設(shè)備故障間隔數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)嚴(yán)重缺乏的情況，同時也沒有一種有效的模型，因此被直接提出比例協(xié)變量模型來預(yù)測其故障率。

1.3 監(jiān)測水力機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性

需要從以下幾個方面來進(jìn)行：（1）設(shè)置相應(yīng)的試驗(yàn)測點(diǎn)，試驗(yàn)測點(diǎn)方面的設(shè)備必須要強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確和合理，因?yàn)樾枰獪?zhǔn)確的獲取到水力發(fā)電機(jī)組各部位的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況，否則將直接導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，從而無法全面有效的對設(shè)備進(jìn)行診斷和分析。（2）設(shè)置分析水力機(jī)組振動測點(diǎn)，需要對運(yùn)行機(jī)組的震動情況進(jìn)行合理化的計(jì)算和設(shè)計(jì)，并且對其震動位移的數(shù)值進(jìn)行評估，以此來針對其導(dǎo)軸承和推力軸承座、水力機(jī)械頂蓋等多種裝置開展實(shí)際的測量，以此來監(jiān)視多種不同因素影響下的振動情況，得出危機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。（3）開展實(shí)際工作試驗(yàn)，通常實(shí)測試驗(yàn)階段，需要進(jìn)行多個試驗(yàn)，將所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)相疊加才能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模唧w有調(diào)相試驗(yàn)、變負(fù)荷試驗(yàn)、暫態(tài)試驗(yàn)以及變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)等等。

2 水力發(fā)電機(jī)組的維護(hù)和故障消除

一般來說，水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生故障大都是由于機(jī)組振動所致，而振動源主要來自于水力、電磁以及機(jī)械等多個方面[3]。因此需要充分的考慮機(jī)組自身的旋轉(zhuǎn)和固定，同時還必須要對流體水壓方面的引水系統(tǒng)、過流部件以及機(jī)組電磁振動等多個方面所產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合考慮。

2.1 水力發(fā)電機(jī)組振動故障的原因及處理

水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動故障的原因主要有以下幾個方面：（1）機(jī)械振動。這種振動是所有振動故障當(dāng)中比較常見的一種類型，主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的質(zhì)量沒有處在一種平衡的狀態(tài)，同時機(jī)組方面的主線也不夠端正，從而導(dǎo)致軸承自身具備嚴(yán)重缺陷，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的摩擦所致。其中，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量平衡性是導(dǎo)致其本身重心同軸線產(chǎn)生偏心距的主要原因，從而直接導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生相應(yīng)的振動。而機(jī)組方面的軸線不正最終將引發(fā)振動故障，不過，通常都不嚴(yán)重。（2）水力振動。這種振動故障比較常見，引發(fā)振動的主要原因還是水力不平衡、空氣腐蝕以及卡門渦流等。（3）電磁振動。這種振動故障一般都是由于其定轉(zhuǎn)子的間隙不均勻所致，而相應(yīng)的定轉(zhuǎn)子磁場軸線并沒有重合，導(dǎo)致其勵磁繞組間出現(xiàn)一系列的短路情況。這種情況的出現(xiàn)將直接引起定、轉(zhuǎn)子之間的間隙磁通量嚴(yán)重不均勻，最終導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生故障。

對于水力發(fā)電機(jī)組故障處理，主要有以下幾點(diǎn)：（1）需要判斷其產(chǎn)生振動的具體原因，可以直接從多個方面和角度來進(jìn)行試驗(yàn)和分析。由于機(jī)組當(dāng)中包含多個導(dǎo)軸系，在其運(yùn)行一段時間之后，其上導(dǎo)軸的振動情況將變得比較嚴(yán)重，在停機(jī)之后會發(fā)現(xiàn)其下導(dǎo)軸承的軸固定螺釘呈現(xiàn)斷裂趨勢，上導(dǎo)軸也將產(chǎn)生裂紋。所以就需要嚴(yán)密檢查機(jī)組當(dāng)中的各個零部件，例行檢查工作不能懈怠。（2）采取故障檢測試驗(yàn)來查找和分析，比如可進(jìn)行振動試驗(yàn)來找出機(jī)組振動情況加劇的主要原因，也可再次進(jìn)行轉(zhuǎn)速試驗(yàn)來分析轉(zhuǎn)子質(zhì)量的平衡性。另外，還需配合勵磁電流試驗(yàn)、帶負(fù)荷等試驗(yàn)同時進(jìn)行[4]。

2.2 水力發(fā)電機(jī)組故障消除辦法

由于水力發(fā)電機(jī)組的組成部件繁多，各部件必須在最優(yōu)工況下運(yùn)行，才能有效保障水力發(fā)電機(jī)組的工作效率。而水力發(fā)電機(jī)組的振動對于其本身的安全運(yùn)行也起到了較為直接的影響，一旦其無法進(jìn)行合理有效的控制，必然會引發(fā)非常嚴(yán)重的事故發(fā)生。因此需要仔細(xì)檢查機(jī)組的裝置是否存在相應(yīng)的穩(wěn)定性因素，同時對機(jī)架做好穩(wěn)定性檢查，嚴(yán)格檢查內(nèi)部的固定性是否牢固，一旦發(fā)現(xiàn)存在松動的隱患，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行加固處理。而針對導(dǎo)軸承則需要進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，定期觀察是否存在隱患缺陷。做好轉(zhuǎn)輪的檢查工作，觀察和其他部件的連接是否正常，連接點(diǎn)一旦存在故障應(yīng)當(dāng)立刻進(jìn)行重新安裝連接。另外，也可以采取改變運(yùn)行條件的方式來盡可能的避免水力發(fā)電機(jī)組的不穩(wěn)定情況。比如采用錯頻的方式就能很好的針對水力發(fā)電機(jī)組的不穩(wěn)定情況加以改善。

3 結(jié)束語

綜上所述，水力發(fā)電機(jī)組對于水力發(fā)電站來說非常重要，必須要盡可能的保障水力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，這是必須著重解決的問題。一般其產(chǎn)生故障的原因大部分都是由于振動所致，所以要想保障水力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定高效運(yùn)行，就必須要做好維護(hù)和故障預(yù)測判斷，以此來保障水力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，從而促使其創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]莊愛寧.水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法[J].機(jī)電信息，2012.

[4]欒春林，喬木，周芟杉.水輪發(fā)電機(jī)組智能化振動保護(hù)策略研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2014，5：45-49.

作者簡介：彭立（1987-），男，重慶市石柱縣人，工作單位：重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，職務(wù)：值班員，研究方向：科學(xué)。