淺談水電廠水輪發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)故障與維護(hù)

陳建東

（廣西桂冠大化水力發(fā)電總廠，廣西 大化 530800）

0 引言

本廠自投產(chǎn)以來(lái)，變頻機(jī)組設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行將近10年，因其電氣配套設(shè)施經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年工作，老化現(xiàn)象已經(jīng)越發(fā)明顯，故障問(wèn)題也越發(fā)復(fù)雜多樣。往往狀況一旦發(fā)生，最直接影響的是供水產(chǎn)能下降，運(yùn)營(yíng)成本損失等，所以面臨考驗(yàn)的將是我們現(xiàn)場(chǎng)各位維護(hù)、運(yùn)行人員的故障應(yīng)變處理能力、維修維護(hù)技能水平及整體知識(shí)儲(chǔ)備量。

目前，廠內(nèi)變頻機(jī)組設(shè)備。主要包括麗江水廠ABB ACS800變頻器拖動(dòng)400KW機(jī)組、城南加壓站ABB ACS580變頻器拖動(dòng)220KW機(jī)組、城南加壓站ABB ACS510變頻器拖動(dòng)160KW機(jī)組、城南加壓站英威騰CHF100變頻器拖動(dòng)3x75KW機(jī)組、正高國(guó)際加壓站森島SD5000變頻器拖動(dòng)3x90KW機(jī)組等。正因?yàn)樽冾l機(jī)組對(duì)我廠的生產(chǎn)供水有著舉足輕重的作用，我們生產(chǎn)科部門(mén)就更應(yīng)注重了解其工作性能和原理構(gòu)造，這樣才能夠懂得如何更好的去維護(hù)及保養(yǎng)它，否則當(dāng)變頻的故障發(fā)生時(shí)，造成的損失將會(huì)是不可估量的?，F(xiàn)通過(guò)入廠工作這些年的維修經(jīng)驗(yàn)，淺談一下本人在變頻故障處理上的一些常見(jiàn)維修及保養(yǎng)維護(hù)心得[1]。

1 水電廠水輪發(fā)電機(jī)維修診斷

1.1 發(fā)電機(jī)的構(gòu)成原理

定子、轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁裝置組合在一起，就構(gòu)成了水輪發(fā)電機(jī)組。只有保證有足夠大的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，才能保證水輪發(fā)電機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)間內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不會(huì)提高，也因此導(dǎo)致了水輪發(fā)電機(jī)組一般較為笨重。勵(lì)磁裝備主要分為電源和調(diào)節(jié)器等，主要是借助電流形成磁場(chǎng)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。勵(lì)磁裝置里的電源和繞組被轉(zhuǎn)子提供給發(fā)電機(jī)，然后定子和轉(zhuǎn)子之間因此就會(huì)形成一些旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，也就是氣隙[2]。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子繞組之間被切割開(kāi)的時(shí)候，交流電就出現(xiàn)在了切割導(dǎo)體的內(nèi)部，特別注意的是，這個(gè)電的變化一般是隨正弦函數(shù)變化的。

1.2 發(fā)電機(jī)的常見(jiàn)診斷方法

發(fā)電機(jī)組的檢測(cè)診斷其實(shí)類(lèi)似于中醫(yī)看病，要仔細(xì)的查看和詢(xún)問(wèn)，稱(chēng)之為“望”和“問(wèn)”。具體的步驟是當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障需要檢查維修時(shí)，維護(hù)人員要注重“望”這一步，先從發(fā)電機(jī)組的外觀上進(jìn)行初步的檢測(cè)，包括型號(hào)、使用年限等基本信息的了解，再通過(guò)仔細(xì)的觀察，發(fā)現(xiàn)目前發(fā)電機(jī)組的使用狀況和故障的類(lèi)型特征。有多年工作經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員一般可通過(guò)這一步就發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)的故障原因及解決辦法[3]。

當(dāng)“望”這一步完成之前，需要完成非常關(guān)鍵的一步——“問(wèn)”。通過(guò)向水電廠的值班人員詢(xún)問(wèn)設(shè)備日常運(yùn)行的狀態(tài)以及發(fā)生故障前后詳細(xì)的信息，包括故障當(dāng)時(shí)的具體情形、發(fā)電機(jī)組維修保養(yǎng)的記錄、發(fā)電機(jī)組日常的使用量和檢測(cè)次數(shù)等。在檢測(cè)的過(guò)程中，維護(hù)人員需要注意的是，不僅要及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行及時(shí)的維修，同時(shí)也應(yīng)該對(duì)發(fā)電廠的值班人員進(jìn)行一些建議和策略的提供，包括常見(jiàn)問(wèn)題的自檢，以及故障避免的方法等[3]。這樣不僅能夠保證發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，還能有效避免對(duì)發(fā)電機(jī)組的損害。

這兩種方法是經(jīng)過(guò)前輩不斷的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)的，能夠讓維護(hù)人員在檢測(cè)的過(guò)程中，避免相當(dāng)程度的不必要的繁瑣的步驟，明顯提升維護(hù)人員的工作效率，而且在成本方面也能做大極大的節(jié)省。

人力的檢測(cè)機(jī)器無(wú)法代替，而采用先進(jìn)精密的儀器則能夠幫助維護(hù)人員省去很多檢查的時(shí)間[4]，在面對(duì)有故障的發(fā)電機(jī)組的時(shí)候，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，找到故障發(fā)生的原因，及時(shí)解決機(jī)組的故障，并根據(jù)實(shí)際情況給水電廠的值班人員一些有效的科學(xué)建議（如圖1）。

圖1 水輪發(fā)動(dòng)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)模塊總框圖Fig.1 General block diagram of condition monitoring and fault diagnosis system module for hydro-engine group

2 水電廠水輪發(fā)電機(jī)故障維護(hù)

2.1 發(fā)電機(jī)的常見(jiàn)故障

由于水輪發(fā)電機(jī)的主要構(gòu)成部分是電氣和機(jī)械兩部分，所以常見(jiàn)的故障問(wèn)題可以分為電氣故障和機(jī)械故障（如圖2）。發(fā)電機(jī)組的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、溫度過(guò)高以及轉(zhuǎn)子接地等是電氣部分中最常見(jiàn)的故障；過(guò)于強(qiáng)烈的機(jī)組振動(dòng)、空蝕等是常見(jiàn)的機(jī)械故障[5]。

圖2 水輪發(fā)電機(jī)組故障Fig.2 Faults of hydroelectric generating units

（1）發(fā)電機(jī)組的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)造成的電氣故障。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò)負(fù)荷值的時(shí)候，警報(bào)裝置會(huì)發(fā)出提示，因?yàn)檫@時(shí)定子的電流值這個(gè)時(shí)候都高于額定電流值的1.1倍，這個(gè)時(shí)候值班人員要及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档?，不然發(fā)電機(jī)組的效率上不去，發(fā)電機(jī)組就做不到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)影響正常的發(fā)電計(jì)劃。

（2）發(fā)電機(jī)組的溫度過(guò)高或轉(zhuǎn)子、定子接地引發(fā)的電氣故障。當(dāng)發(fā)電機(jī)組的溫度過(guò)高一般是因?yàn)闇u流會(huì)導(dǎo)致一部分電流出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子、定子和鐵芯上，一段時(shí)間的工作后，這些部件慢慢就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重可能讓部分部件熔融而導(dǎo)致事故。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地的時(shí)候，此時(shí)故障點(diǎn)是電流的必經(jīng)之路，因而回路電流就會(huì)出現(xiàn)，就造成了發(fā)電機(jī)組的故障[6]。當(dāng)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的時(shí)候，雖然一般不會(huì)發(fā)生回路電流，可一定程度上避免故障點(diǎn)處有電流的經(jīng)過(guò)，但是當(dāng)一點(diǎn)接地轉(zhuǎn)移的時(shí)候已經(jīng)改變了轉(zhuǎn)子的正負(fù)極，就引發(fā)了轉(zhuǎn)子的兩點(diǎn)接地。這個(gè)時(shí)候，機(jī)組不僅會(huì)過(guò)熱，還可能有強(qiáng)烈的振動(dòng)。

（3）出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)的機(jī)械故障。這是故障中最難處理的一類(lèi)故障，因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)作過(guò)程中不可避免的發(fā)生振動(dòng)，振感一般都比較強(qiáng)烈。如果單純只靠振感而發(fā)覺(jué)發(fā)電機(jī)組工作的異常的話(huà)，對(duì)維護(hù)人員是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。再加之發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的原因過(guò)多，所以具體的原因排除起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此是相對(duì)較難解決的一項(xiàng)故障。

（4）出現(xiàn)空蝕的機(jī)械故障。水力因素引起的空蝕現(xiàn)象因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的損壞，而且一般損壞是不可挽回且危害較大，因此發(fā)電機(jī)組的空蝕問(wèn)題需要及時(shí)排查及時(shí)的維修檢測(cè)，不然會(huì)造成極大的安全隱患及經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 發(fā)電機(jī)的維護(hù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于用電量的需求也是猛增，對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定性也是提出了更高的要求。為了保證市民的正常用電，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定，很多發(fā)電機(jī)組都處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)，幾乎很少停機(jī)檢查。這樣的超負(fù)荷使用也勢(shì)必給發(fā)電機(jī)帶來(lái)了更多的損害，再加上鮮有的檢查維護(hù)導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)組的小問(wèn)題衍生成了重大的機(jī)組事故，嚴(yán)重可能也會(huì)引發(fā)因發(fā)電機(jī)組故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和性命安全。所以，發(fā)電機(jī)的維修保養(yǎng)非常重要，不僅能及時(shí)避免發(fā)電機(jī)組故障引發(fā)的重大事故造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員安全危害，還能提高水電廠的發(fā)電效率[7]。

首先，由于故障的產(chǎn)生原因過(guò)于復(fù)雜，而其檢測(cè)較難進(jìn)行，水電廠可借助先進(jìn)化的儀器進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控工作。

其次，因?yàn)楣芾砣藛T的素質(zhì)水平會(huì)很大程度影響到水輪發(fā)電機(jī)組的維護(hù)水平，因此在招聘的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組管理人員的考核力度應(yīng)該加大加強(qiáng)，考核的力度也急需加強(qiáng)。在條件允許的情況下，可以多次安排培訓(xùn)，以保證維護(hù)工作人員的業(yè)務(wù)水平和理論知識(shí)儲(chǔ)備。

再有，發(fā)電機(jī)組的日常定期維護(hù)清掃工作也是尤為重要的一項(xiàng)工作。比如：為了避免油泵受潮，位于壓軸裝置里的油泵要定期切換。調(diào)速器里的杠桿的連接處容易生銹，所以同樣要定期及時(shí)注油。氣水分離器也是發(fā)電機(jī)組里特別容易造成堵塞的一個(gè)部件，一旦發(fā)生堵塞，發(fā)電機(jī)組將無(wú)法正常運(yùn)行，所以氣水分離器的清掃工作也需要定期仔細(xì)完成。

最后，日常定期對(duì)設(shè)備維護(hù)清掃工作能夠及時(shí)完成之后，很多的發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)問(wèn)題就可以得到有效的避免。但是，由于供電量需求量較大，發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，時(shí)間一久發(fā)電機(jī)組就可能存在一些故障隱患，所以水電廠的工作人員絕對(duì)不能忽視發(fā)電機(jī)組的定期檢查工作。具體的檢查包括發(fā)電機(jī)和控制屏之間的接線(xiàn)、接線(xiàn)的絕緣層有無(wú)破損痕跡、各裝置是否已經(jīng)靈活，發(fā)電機(jī)組的外殼保護(hù)有沒(méi)有存在破損等等。這樣的定期檢查工作看似沒(méi)有很大的用處，實(shí)際上能夠有效降低故障的產(chǎn)生，提高發(fā)電機(jī)組使用過(guò)程的安全度[8]。

3 結(jié)論

水電廠發(fā)電時(shí)的核心就是水輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)發(fā)電機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，必然帶來(lái)不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對(duì)水電廠的發(fā)展造成一定程度的影響。因此，水電廠在利用水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的時(shí)候，必須保證水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，減少其故障的出現(xiàn)，并保證即使故障出現(xiàn)依舊能在最短的時(shí)間內(nèi)解決故障，避免更多的經(jīng)濟(jì)損失。因此，水電廠的工作人員需要不斷的培訓(xùn)，及時(shí)更新自己的技術(shù)水平并且讓自己的理論基礎(chǔ)知識(shí)更加的扎實(shí)[9]。對(duì)于常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)組的故障，工作人員要及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并及時(shí)反思原因，對(duì)于常見(jiàn)的可避免的故障做出及時(shí)的故障排除工作。通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)，水電廠的工作人員的業(yè)務(wù)能力水平能夠得到明顯的提升的同時(shí)，要逐步強(qiáng)化發(fā)電機(jī)組的維修保養(yǎng)工作，以降低機(jī)組發(fā)生故障的概率，提高水電廠的工資效率[10]。