對(duì)古宇廟水電站機(jī)電設(shè)備故障問題的探討

彭祥英

摘 要：本文結(jié)合古宇廟水電站機(jī)電設(shè)備在實(shí)際的運(yùn)行過程中遇到的問題，綜合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，闡述機(jī)電設(shè)備常見的故障現(xiàn)象、原因，保證機(jī)組發(fā)揮最大的功效，保證其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。

關(guān)鍵詞：小水電站；機(jī)電設(shè)備；故障處理

中圖分類號(hào)：TV7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、工程現(xiàn)狀

1 古宇廟水電站簡(jiǎn)介

古宇廟水庫(kù)放水洞電站（簡(jiǎn)稱古宇廟電站），位于古宇廟水庫(kù)大壩左側(cè)，屬沱灌工程管理處古宇廟水庫(kù)管理所綜合經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目之一。利用古宇廟水庫(kù)蓄水發(fā)電，古宇廟水電站于1981年內(nèi)江地區(qū)水電勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)完成電站技施設(shè)計(jì)，1982年11月動(dòng)工，1983年3月竣工。是年5月26日，古宇廟電站2臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)運(yùn)行。裝機(jī)容量2×160kW；設(shè)計(jì)年利用2600h、年發(fā)電量83.2萬kW/h，年平均產(chǎn)值4.16萬元；實(shí)際年運(yùn)行1300h，年發(fā)電量40萬kW/h左右，年平均產(chǎn)值約2萬元。

2 工程設(shè)計(jì)情況

水工部分：以古宇廟水庫(kù)蓄水為動(dòng)力水源，通過灌溉放水洞放水發(fā)電。水力工程體系利用水庫(kù)已成灌溉放水洞，改無壓隧洞為有壓隧洞。設(shè)計(jì)水頭10m，最高13m，最低7m；設(shè)計(jì)引用流量2×2.6m3/s。

水輪機(jī)：2臺(tái)，河南省璜川水輪機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)ZD-661-LH-80。

電氣部分：發(fā)電機(jī)：2×160kW，河南璜川水輪機(jī)廠生產(chǎn)，出廠時(shí)間：1979年8月，型號(hào)及主要參數(shù)見表1。

發(fā)電機(jī)控制屏：型號(hào)BKF-3（T）160/0.4，額定電壓400V，額定電流400A，隆昌電器廠生產(chǎn)，1982年12月出廠。

主變壓器2臺(tái)，廠用變壓器1臺(tái)，均屬四川射洪縣水電廠生產(chǎn)，型號(hào)及主要參數(shù)見表2。

勵(lì)磁裝置：采用靜止可控硅勵(lì)磁裝置。

電氣主結(jié)線采用發(fā)電機(jī)——變壓器10kV單元結(jié)線升壓，經(jīng)油開關(guān)與系統(tǒng)并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)出線電壓400V，升壓后為10kV。

并網(wǎng)線路：隆城線望古支線，電壓等級(jí)10kV，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-25，全長(zhǎng)5000m。

二、機(jī)電設(shè)備故障及處理辦法

1 發(fā)電機(jī)部分

發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，某些參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，超出正常允許的范圍，通常會(huì)發(fā)出相應(yīng)的故障信號(hào)。有幾種常見的異常情況：

（1）發(fā)電機(jī)絕緣電阻低于標(biāo)準(zhǔn)

原因可能是長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)或有水滴進(jìn)入電機(jī)內(nèi)使繞組受潮，或是繞組表面的灰塵污垢受潮所致。

（2）發(fā)電機(jī)發(fā)不出電

原因及辦法：

（a）定子繞組到發(fā)電機(jī)配電盤之間的接線頭有油膩或被氧化或接線螺絲脫落使連線斷線，造成定子繞組斷線。

（b）電刷與滑環(huán)接觸不良或電刷壓力不夠。處理方法是清潔滑環(huán)表面，使電刷與滑環(huán)面吻合，增加電刷壓力。

（c）勵(lì)磁機(jī)電刷損壞或彈簧壓力不夠造成電刷位置不正確。處理辦法是將電刷調(diào)至正確位置。

（d）勵(lì)磁回路斷線或勵(lì)磁機(jī)變阻器斷線，可以查找斷線接好。

（3）發(fā)電機(jī)電壓過高

主要原因有：

（a）轉(zhuǎn)速過高，可減小水輪機(jī)導(dǎo)水翼開度，降低轉(zhuǎn)速。

（b）發(fā)生事故飛車，應(yīng)緊急停機(jī)處理。

（c）磁場(chǎng)變阻器短路，調(diào)壓失靈，找出故障點(diǎn)并排除。

（4）發(fā)電機(jī)電壓過低。主要原因有：

（a）勵(lì)磁回路電阻過大，減小磁場(chǎng)變阻器電阻以加大勵(lì)磁電流。

（b）勵(lì)磁機(jī)電刷不在中間位置，應(yīng)將電刷調(diào)至正確位置。

（c）定子繞組、勵(lì)磁繞組中有短路或接地現(xiàn)象，應(yīng)檢查故障點(diǎn)并排除。

（5）發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中振動(dòng)過大，發(fā)出噪聲。

原因有幾方面：

（a）軸承磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子與定子相擦，應(yīng)立即停機(jī)，更換軸承。

（b）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸中心不重合，應(yīng)停機(jī)對(duì)機(jī)組校正。

2 水輪機(jī)部分

（1）水輪機(jī)出力下降。在水頭不變的情況下，導(dǎo)葉開度已達(dá)到空載開度時(shí)而水輪機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，或在同樣出力時(shí)，導(dǎo)葉開度比原來增大，則均認(rèn)為機(jī)組出力下降，其原因有：

（a）水輪機(jī)的流量損失：進(jìn)入水輪機(jī)的流量，沒得到全部利用，有一小部分通過機(jī)械間隙漏損掉，這部分叫流量損失，流量損失越大，機(jī)組出力越低。

（b）水輪機(jī)水力損失：水輪機(jī)脫流等引起損失，工作時(shí)，水流經(jīng)過了引水部件、導(dǎo)水部件、轉(zhuǎn)輪和尾水管等，產(chǎn)生了磨損撞擊、漩渦和脫流等引起損失，這叫做水輪機(jī)的水力損失。

（c）水輪機(jī)的機(jī)械損失：水輪機(jī)的軸出力，并沒有全部傳給發(fā)電機(jī)，其中一部分消耗在傳動(dòng)部件和軸承上，這部分損失成機(jī)械損失。這些損失增大，出力也會(huì)下降。為了減少或防止以上情況的發(fā)生，運(yùn)行中應(yīng)注意：首先，保證尾水管淹沒深度不少于30cm，其次注意進(jìn)水和出水情況，使水流的流態(tài)保持平穩(wěn)。

（2）軸承溫度急劇上升：水輪機(jī)有導(dǎo)葉和推力軸承兩種。導(dǎo)軸承的作用是防止機(jī)組旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，承受主軸傳來的徑向荷重，保持軸心穩(wěn)定。推力軸承作用是承受轉(zhuǎn)輪上軸向水推力。軸承正常工作的條件是正確的安裝。軸承的常見故障有軸溫升高，軸間隙增大。

（3）機(jī)組振動(dòng)：運(yùn)行著的水輪發(fā)電機(jī)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的振動(dòng)，產(chǎn)生的原因有機(jī)械振動(dòng)、電氣振動(dòng)和氣蝕振動(dòng)。

（a）機(jī)械振動(dòng)：有機(jī)械上的原因造成的振動(dòng)叫機(jī)械振動(dòng)，原因有水輪機(jī)轉(zhuǎn)子偏重；水輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸線中心不正，連結(jié)不好；軸承有缺陷、間隙過大或調(diào)整不當(dāng)；轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件的某處發(fā)生摩擦。

（b）水力振動(dòng)：水力振動(dòng)是由于流入轉(zhuǎn)輪的水流失去平衡時(shí)所造成的振動(dòng)，其幅度隨流量的增加而增加，原因有：導(dǎo)葉固定螺絲折斷，使導(dǎo)葉開度不一，從而使流入轉(zhuǎn)輪四周的水流不均勻；蝸殼中有雜物尾水管水流不穩(wěn)定，使尾水管的水壓產(chǎn)生周期性變化，引起機(jī)組的振動(dòng)和水流轟鳴。

（c）電氣振動(dòng)：由于電氣量失去嚴(yán)重的平衡及突然的變化所引起機(jī)組的振動(dòng)叫電氣振動(dòng)，其振幅隨勵(lì)磁電流的增加而增加，去掉勵(lì)磁電流，振動(dòng)即可消失，原因有：發(fā)電機(jī)三相電流的嚴(yán)重不平衡，引起電磁力的不平衡；由于電氣事故引起電流的瞬間變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速瞬間不能同步；定子和轉(zhuǎn)子間的間隙不均勻，引起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不穩(wěn)定。

（d）氣蝕振動(dòng)：由尾水管內(nèi)的水流旋轉(zhuǎn)，使中心空腔處形成真空而造成的空腔氣蝕引起的振動(dòng)，其振動(dòng)與負(fù)荷區(qū)域有關(guān)。出現(xiàn)空腔氣蝕時(shí)，有強(qiáng)烈的噪聲和金屬打擊聲或雷鳴聲，真空表上反映出擺現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)。

3 電氣設(shè)備部分

（1）電抗器接地：對(duì)于電抗器接地而引起的發(fā)電機(jī)中線電流不平衡、準(zhǔn)同期裝置失靈和電抗器、主變與線路諧振的故障，可以采取破壞諧振點(diǎn)、將電抗器短接或補(bǔ)償電容的方法，均能有效解決故障帶來的不良影響。

（2）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓不平衡：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓的不平衡將會(huì)引發(fā)高、低壓熔斷器熔斷的后果，使得其所提供的保護(hù)作用也隨之消失。

（3）發(fā)電機(jī)內(nèi)部絕緣：在設(shè)備運(yùn)行過程當(dāng)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)回路中的指示表針均指向零，并且勵(lì)磁開關(guān)以及發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)生突然自動(dòng)跳閘的現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有差動(dòng)繼電器動(dòng)作。在某些時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)在風(fēng)道中或者是在發(fā)電機(jī)內(nèi)部會(huì)冒火星或是冒煙，同時(shí)伴隨有絕緣燒焦的臭味，這些現(xiàn)象都說明發(fā)電機(jī)內(nèi)部存在絕緣故障。主要是由于鐵芯短路或者是發(fā)電機(jī)線圈絕緣遭到損壞而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。接地故障是由多方面的因素造成的，主要有以下幾個(gè)方面。

（a）過電壓

當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，其他兩相的電壓就會(huì)升高，最高情況可以達(dá)到√3倍。如果發(fā)生單相弧光接地的情況，那么所產(chǎn)生的過電壓就會(huì)更加的嚴(yán)重，很可能會(huì)將未故障相對(duì)地電壓提高3～3.5倍。在發(fā)電機(jī)的電壓引出線路上，如果出現(xiàn)A相弧光接地的情況時(shí)，假如發(fā)電機(jī)定子線圈BC的兩相當(dāng)中的其中的一相出現(xiàn)絕緣不良的故障，電壓就會(huì)擊穿這一相，造成兩點(diǎn)接地故障。

（b）溫度過高

如果線圈溫度在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)都高于一般溫度或者鐵芯短路持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱，那么就會(huì)導(dǎo)致線圈的絕緣強(qiáng)度降低，這樣電壓很容易就可將其擊穿。

（4）發(fā)電機(jī)剩磁消失：發(fā)電機(jī)剩磁消失將會(huì)造成水電站發(fā)電機(jī)電壓無法達(dá)到額定電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速啟動(dòng)之后，將會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電壓與發(fā)電定子電壓無法提升，造成水電站設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)小水電站的運(yùn)行有很大的影響。發(fā)電機(jī)剩磁消失所導(dǎo)致的故障情況，必須首先查清故障原因之后再進(jìn)行處理，所以我們?cè)谔幚磉@一類型的故障時(shí)，必須先對(duì)勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，如回路、電刷位置等，然后再結(jié)合檢查的結(jié)果采取有針對(duì)性的措施來進(jìn)行故障排除。

結(jié)語(yǔ)

總之，小水電站機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行前要測(cè)量各部分的絕緣情況，達(dá)到要求再運(yùn)行。運(yùn)行過程中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并針對(duì)故障能熟練、可靠地將故障進(jìn)行排除，從而保證機(jī)電設(shè)備處在良好的運(yùn)行狀態(tài)。

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