水輪發(fā)電機組運行過程中故障實例分析

李琳

摘要：當(dāng)水電站處于正常運行狀態(tài)時，其水輪發(fā)電機組必須要具備足夠的安全性與穩(wěn)定性，這對于水電站而言，即是生產(chǎn)安全的基本保障，又對水電站創(chuàng)造的經(jīng)濟效益多少起著決定性的影響，同時還能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的運行狀態(tài)是否安全、是否穩(wěn)定起到很大的影響。故而在水電站正常運行期間，對其水輪發(fā)電機組的具體運行狀態(tài)，必須安排專門的工作人員實施嚴格監(jiān)控，文中圍繞水輪發(fā)電機組的幾種常見故障，結(jié)合水電站運行實例展開了分析，并闡述了具有針對性的維護對策，僅供相關(guān)維修管理工作參考。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機組;常見故障;處理與維護

1水電站水輪發(fā)電機常見故障分析

1.1電氣類故障

1.1.1發(fā)電機超荷

就水輪發(fā)電機來講，當(dāng)其定子處的實際電流比其額定電流值高出10%時，發(fā)電機即處于超荷狀態(tài)，過載保護就會直接被打破，這個時候就會發(fā)出警示信號，必須把故障問題處理好方可確保發(fā)電機組能夠被正常使用。而且在水輪發(fā)電機組未產(chǎn)生故障之前，也就是正常運行期間，也可把發(fā)電機所產(chǎn)生的無用功率跟勵磁電流適當(dāng)減小。因發(fā)電機組在正常運行時的適用電流不大，這樣一來必須對發(fā)電機組自身的功率因數(shù)展開嚴格控制，確保其保持在正常的閾值范圍內(nèi)，以降低發(fā)電機的功率。從發(fā)電機組的具體運行狀態(tài)來看，要是定子電流還是降不到其額定工作電流，通過以上方法也可以達到調(diào)整效果。

1.1.2轉(zhuǎn)子接地故障

對于水輪發(fā)電機組而言，其轉(zhuǎn)子接地故障包含兩種類型，一類故障是轉(zhuǎn)子一點接地，另一類故障是轉(zhuǎn)子回路中存在兩個接地點。在轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中產(chǎn)生兩個接地故障點時，其故障點大多都在電機運轉(zhuǎn)回路內(nèi)，且故障位置也存在電流。不過要是接地故障屬于一點接地，又被分成三種不同狀態(tài)，第一種是瞬時接地、第二種是永久性接地，最后一種是間歇性接地，在發(fā)電機運行期間，發(fā)生一點接地故障的轉(zhuǎn)子并不會產(chǎn)生電流，同時也不會有電流從故障位置經(jīng)過。這樣一來發(fā)電機還是可以依靠勵磁系統(tǒng)在一段時間內(nèi)繼續(xù)運行。不過水輪發(fā)電機還是有一點接地，最終會促使發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部的正負極出現(xiàn)變化，繼而出現(xiàn)第二個接地故障點。在這種狀態(tài)下，去分析轉(zhuǎn)子的強度就會面臨一定的困難，促使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動或者過熱現(xiàn)象。

1.1.3溫度過高、定子接地

在水輪發(fā)電機正常運行期間，要是在鐵芯、定子或者是轉(zhuǎn)子部分產(chǎn)生異常發(fā)熱現(xiàn)象，就必須展開詳細檢查，判斷問題所在。定子接地通常是發(fā)電機當(dāng)中的定子繞組本身電路短路，或者是與其外圍電路產(chǎn)生短路，都統(tǒng)稱發(fā)電機定子接地故障。定子接地故障也跟轉(zhuǎn)子接地一樣，可大致分成永久性接地，瞬時接地以及間歇性接地三種故障類型。

1.2出現(xiàn)在機械結(jié)構(gòu)方面的故障

1.2.1強震

水輪發(fā)電機組可能會在運行期間產(chǎn)生一定程度的震動，只是設(shè)備一旦出現(xiàn)強震，難以及時足夠的重視與警惕，也無法及時排除。設(shè)備出現(xiàn)強震問題后，就會對水輪發(fā)電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生影響，并減少發(fā)電機還有其相關(guān)部件的實際使用壽命，加大維護成本。

1.2.2空蝕

對于水輪發(fā)電機組而言，空蝕問題也是常見于其機械結(jié)構(gòu)中的一項問題，這一問題會對其內(nèi)部的零件產(chǎn)生嚴重損傷，從而造成機組整體故障。要是空蝕問題出現(xiàn)后，沒能及時被察覺，就會在發(fā)電機組的日常維護中產(chǎn)生大量額外成本，從而影響水輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性及其運行安全。

1.2.3破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性

在我們國家對能源結(jié)構(gòu)進行調(diào)整的大環(huán)境中，利用水力發(fā)電在全國電網(wǎng)里面的所占比率也在不斷提高。不過為了擴大水力發(fā)電的規(guī)模，維護水電機組所需的人力與物力也變得更多，這樣一來發(fā)電機組一旦出現(xiàn)故障，對電網(wǎng)帶來的影響也會變得更加嚴重，可能會使電網(wǎng)無法穩(wěn)定運行。

2日常維護與檢修

2.1溫度異常狀況的處理

若是水輪發(fā)電機自身的定子電流或其有功負荷比相應(yīng)的額定值高，就需要展開適當(dāng)調(diào)整，使其維持在一定范圍內(nèi)。溫測裝置出現(xiàn)異常時，應(yīng)即刻從故障測試點退出，交給維修人員進行處理。要是空冷器水閥開度小，可適當(dāng)對其展開調(diào)節(jié);要是冷卻水壓力過小，應(yīng)馬上檢查供水泵，并把它放到冷卻水中，對水壓進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)正常狀態(tài)。空冷器出現(xiàn)堵塞，會讓水無法暢流，需采取臨時加壓供水或開關(guān)機組冷卻水的方式予以處理。要是空冷器內(nèi)部的閥芯脫落到設(shè)備外側(cè)，那么輸送單元的負荷會讓機組的輸出運行變緩，冷熱空氣不會出現(xiàn)明顯溫升，在不影響全廠功率和系統(tǒng)的前提下，對機組的有功、無功負荷分配進行適度調(diào)整。要是上述措施沒有起到明顯改善效果，定子跟鐵芯達到120℃以上高溫，可能與停機調(diào)度有關(guān)。

2.2定子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形故障的處理

檢測定子剛度，看其能不能達標(biāo)，要是不能夠達標(biāo)，應(yīng)即刻更換符合剛度要求的定子。在日常維護中，如果發(fā)電機出現(xiàn)排油故障，應(yīng)結(jié)合汽輪機的具體功率和油箱頂蓋，為汽輪艙軸承確定一個極限油量。

2.3定子出現(xiàn)接地故障的處理

當(dāng)接地時，定子接地相的對地電壓會相應(yīng)減小或降到零，不過非接地相的對地電壓則會增加，雖然會大于相電壓但是不會超過線路電壓，因此線路電壓始終處于平衡狀態(tài)。相對接地電壓在出現(xiàn)假接地時不會上升，而線路電壓也不能夠保持平衡。對內(nèi)部出現(xiàn)的接地故障，通過詳細檢查后，通常以報告調(diào)度、轉(zhuǎn)移負荷，或者是啟動備用機組的方式，及時對停機問題予以解決。

3實例分析

3.1基本概況

芒里水電站坐落在芒市河干流中下游，在德宏州潞西市遮放鎮(zhèn)境內(nèi)的一個峽谷河段，總裝機 ，采用立式 的混流水輪發(fā)電機組兩臺，在德宏州的地方電網(wǎng)內(nèi)對頂峰進行調(diào)頻。該水電站所用兩臺機組都以機械方式制動，且投運日期均為2010年7月底。兩臺機組所用制動裝置自投產(chǎn)起，直至產(chǎn)生故障時為止，其密封只換過一次，2號機組當(dāng)中的制動系統(tǒng)所設(shè)置的回路氣源閥，曾經(jīng)在制動投入時產(chǎn)生過一次漏氣現(xiàn)象。

3.2氣源閥在停機制動期間漏氣

3.2.1.制動風(fēng)閘的基本原理

以圖1所示2號機電氣制動系統(tǒng)為例，其制動回路： → → 。而復(fù)歸回路： → → 。

風(fēng)閘投入：投入制動令由監(jiān)控系統(tǒng)自動發(fā)出，也可按“風(fēng)閘投入”鍵制動， 動作，接通孔1、2，向制動器下腔以低壓氣充壓，實現(xiàn)風(fēng)閘投入。

風(fēng)閘退出：復(fù)歸制動令由監(jiān)控系統(tǒng)自動發(fā)出，也可按“風(fēng)閘復(fù)歸”鍵制動， 動作，接通孔2、3，通過電磁閥 排出制動器下腔氣體。同時 動作，接通孔1、2，向制動器上腔以低壓氣充壓，實現(xiàn)風(fēng)閘退出。

3.2.2.故障現(xiàn)象

2019年1月5日，2號機組停機期間制動風(fēng)閘投入時，設(shè)置在自動復(fù)歸回路當(dāng)中的電磁閥 處產(chǎn)生明顯漏氣現(xiàn)象，風(fēng)閘持續(xù)投入 ，并隨后復(fù)歸，機組產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象。

3.3.故障分析及解決

機組停止運行后，按下“制動復(fù)歸”鍵，兩個電磁閥均可正常動作，說明制動復(fù)歸功能正常。按下“制動投入”鍵， 電磁閥能夠正常動作，且 電磁閥也沒有產(chǎn)生錯誤動作，且制動閘下腔壓力顯示在 上下，其制動閘上腔此時的壓力顯示在 上下。切換成純手動方式來“投入風(fēng)閘”，現(xiàn)象還是制動閘下腔壓力顯示在 上下，制動閘上腔壓力顯示在 上下。故而推斷應(yīng)該是制動風(fēng)閘上下腔間串氣，下腔氣壓無法達到制動作用讓風(fēng)閘正常下降，加閘 之后退出時，機組由于旋轉(zhuǎn)慣性沒能徹底消除，還有活動導(dǎo)葉位置產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，故而在加閘 之后退出時，會產(chǎn)生機組蠕動問題。而制動風(fēng)閘上下腔出現(xiàn)串氣現(xiàn)象是因為：其中的密封圈已使用了五年，已經(jīng)老化且磨損過度。經(jīng)過對2號機組拆解4個風(fēng)閘，并更換其中密封圈后，其“制動投入”動作恢復(fù)正常，沒有再產(chǎn)生漏氣問題，機組在“制動復(fù)歸”后，也沒有再產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象。

4結(jié)論

對于水電站而言，其水輪發(fā)電機組一定要維持正常運行狀態(tài)，必須要確保機組的運行狀態(tài)足夠安全，以確保水電站的電能可以平穩(wěn)輸出。不過當(dāng)前因設(shè)備老化，還有維修技術(shù)水平不夠高等因素的制約，我們國家水輪發(fā)電機組在實際運行期間還是有著一定的問題，對機組的實際運行效率產(chǎn)生了很大的影響。這樣一來工作人員在運行管理期間，必須高度重視發(fā)電機組平時的維護工作，確保發(fā)電機組能安全可靠的運行。本文總結(jié)了水輪發(fā)電機組經(jīng)常出現(xiàn)的幾種故障及其解決方法，并闡述了日常檢修維護工作當(dāng)中的幾項要點。

參考文獻

[1]補祥高.水電站水輪發(fā)電機組的常見故障與維護研究[J].南方農(nóng)機，2019，50（8）：36，81.

[2]阿力甫江·艾尼.水輪發(fā)電機的維護與保養(yǎng)分析[C]//2013年7月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會.