淺析水輪發(fā)電機(jī)組常見故障與解決思路

馬建偉

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組在運行中出現(xiàn)故障是一個普遍存在的問題，在水電站運行中，將它規(guī)定在某一允許、可接受范圍內(nèi)，超出允許范圍則要求我們必須找出原因和采取消除措施，以達(dá)到機(jī)組健康、持續(xù)、安全運行的目的。本文通過對水輪發(fā)電機(jī)組常見故障的分析，提出解決思路，僅供同行參考。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組;故障;解決思路

中小型水電站設(shè)備因投資與大型電站無法相比，設(shè)備加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量與大型電站相比有了質(zhì)的差異，在運行過程中也容易發(fā)生各種故障，這種現(xiàn)象是非常正常的，但任何一種長期存在的小問題都可能引發(fā)大的問題甚至事故，因此找到導(dǎo)致故障的原因并加以解決是促進(jìn)水電站健康運行最有效的手段之一。

1 機(jī)組振動超標(biāo)原因分析及解決思路

1.1 設(shè)備加工制造原因

比如在機(jī)組運行中要求轉(zhuǎn)輪的水流入口處水流對葉片頭部沒有撞擊，如果因為葉片加工精度沒有達(dá)到圖紙要求，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流沖角發(fā)生改變，當(dāng)沖角太大時，會導(dǎo)致葉片頭部脫流、空化，形成葉道渦，進(jìn)而引起水壓脈動。這就是誘發(fā)機(jī)組振動的原因之一。像這種情況，在日常的檢查中，往往可見葉片表面結(jié)晶被撕裂、剝層，并有空蝕，甚至有的電站尾水管出現(xiàn)裂紋、開裂甚至破斷。

出現(xiàn)因葉片加工精度不滿足造成的振動，我們一般采取補(bǔ)氣方法使不穩(wěn)定的渦流趨于穩(wěn)定，并消除渦流或振動。當(dāng)補(bǔ)氣無法改善振動的，將轉(zhuǎn)輪運回設(shè)備加工廠修磨，使其滿足設(shè)計圖紙精度要求，從而達(dá)到消除振動。

1.2 機(jī)組運行工況造成

振動超標(biāo)的原因，除受機(jī)組設(shè)計制造及安裝質(zhì)量影響外，機(jī)組運行負(fù)荷范圍的影響也是一個較為明顯的因數(shù)。

在某電站曾經(jīng)做個試驗，當(dāng)機(jī)組出力在40-45%區(qū)間時，機(jī)組運行的各項指標(biāo)均超標(biāo)，而超過45%額定出力以上時，各項指標(biāo)變小，當(dāng)負(fù)荷越接近額定負(fù)荷，振動明顯降低。可見機(jī)組在運行時，其振動隨負(fù)荷的變化有一個明顯的變化，特別是某一區(qū)間運行時，機(jī)組振動達(dá)到了臨界值，通過多次的試驗和各項數(shù)據(jù)的對比分析，可判定機(jī)組不宜長時間在此負(fù)荷區(qū)間運行。為了減小機(jī)組振動，避免機(jī)組在超標(biāo)工況下運行對機(jī)組各部件造成損壞，合理地運行在一定負(fù)荷范圍內(nèi)是至關(guān)重要的手段。

1.3 軸線不滿足規(guī)范和廠家圖紙要求導(dǎo)致

出現(xiàn)瓦溫高時，首先檢查是否是誤報，看油位、冷卻水量、水溫是否正常，然后看機(jī)組負(fù)荷是否正常，再逐一排除。而新安裝的機(jī)組瓦溫偏高的案例中，因軸線不滿足規(guī)范和廠家圖紙要求的情況占了絕大多數(shù)。

因軸線不滿足而引起瓦溫超高，一般先調(diào)整軸瓦間隙，根據(jù)機(jī)組運行瓦溫、機(jī)組振動、擺度等數(shù)據(jù)綜合分析計算各軸瓦需要調(diào)整的值，然后調(diào)整，每次調(diào)整量不能過大，以0.01-0.02mm為調(diào)整量，調(diào)整后要兼顧瓦溫、振動和擺度數(shù)據(jù)，應(yīng)都處于運行最佳值狀態(tài)，否則就沒有達(dá)到目的。如通過調(diào)整軸瓦間隙后，振動、擺度卻適得其反，說明水輪機(jī)軸與發(fā)動機(jī)軸旋轉(zhuǎn)中心不在一條線上，或者說是折線，需要調(diào)整軸線才能達(dá)到最終的目的，此時需要重新盤車、計算，確定折線位置，調(diào)整絕緣墊或者卡環(huán)以消除折線，從而達(dá)到瓦溫運行正常的目的。

1.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因制造質(zhì)量問題，或磁軛疊片以及轉(zhuǎn)子磁極裝配時半徑超標(biāo)，造成定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙不均勻，產(chǎn)生不平衡磁拉力，從而對轉(zhuǎn)子和定子形成轉(zhuǎn)頻激擾力。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)引起空氣間隙周期性變化，單邊不平衡拉力沿圓周作周期性移動，引起機(jī)組振動，隨勵磁電流的增加而增大。

這種情況一般通過運行數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，計算需要加配重塊的位置和配重質(zhì)量，以平衡磁拉力，或者重新對轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配，達(dá)到減小振動幅值。

2 機(jī)組軸瓦運行溫度過高原因分析及解決思路

當(dāng)軸承瓦溫故障報警時，要及時的進(jìn)行故障診斷與分析，主要判斷方法：

2.1 冷卻水流量小導(dǎo)致

檢查軸承冷卻水流量是否滿足要求，如果冷卻水流量減小或中斷，都會使瓦溫在短時間內(nèi)急速上升，通過以往的流量記錄可以查出是否減小，檢查閥門開度標(biāo)記線也可以看出流量是否減小或關(guān)閉，如是流量減小導(dǎo)致，一般開至設(shè)計流量瓦溫可恢復(fù)正常。

2.2 軸承潤滑油較少或過多導(dǎo)致

瓦溫升高另一原因可能是油盆內(nèi)油位不正常，要檢查油盆密封是否不良，或排油閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏油或甩油，潤滑油減少無法形成良好的油膜，導(dǎo)致軸承瓦溫升高，此時我們就要對滲漏點檢修，并補(bǔ)充合格的潤滑油;或注油時油位超高，油盆內(nèi)冷油和熱油的壓差不足以使?jié)櫥土己醚h(huán)，熱量帶不走，從而導(dǎo)致瓦溫升高，此時就需要抽掉一部分油，使注入的潤滑油液位高度符合設(shè)計圖紙要求。

2.3 潤滑油油質(zhì)不符合要求導(dǎo)致

軸承瓦溫的升高，也可能是潤滑油使用時間較長，或油中有水份或其他酸性雜質(zhì)，使油質(zhì)劣化，影響了其潤滑性能，通過取油樣送檢可以判斷油質(zhì)是否符合要求，檢驗結(jié)果不符合要求時，需要及時更換。

2.4 振動引起

振動原因引起的軸承瓦溫升高是最常見的因數(shù)之一，這就需要通過上述的振動故障分析方法，找到振動原因并消除，瓦溫也就自然而然下降。

3 絕緣老化

3.1 熱老化導(dǎo)致

機(jī)組長期運行在高溫環(huán)境下，導(dǎo)致絕緣加速老化，壽命下降。如通過對機(jī)組運行溫度的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)定子鐵芯溫度一直處于接近最高允許溫度值運行時，可判斷熱老化是絕緣老化的主要因素，此種原因，就需要改善通風(fēng)效果，降低運行溫度，從而提高絕緣壽命。

3.2 電老化導(dǎo)致

在機(jī)組安裝過程中，我們常用耐壓試驗來檢驗絕緣，在長時間的工作電壓下，絕緣材料會發(fā)生擊穿，使絕緣材料發(fā)生局部的損壞，也就說明了絕緣材料在電場應(yīng)力下是會老化的。像這種情況，我們往往通過檢修期對覆蓋在絕緣層材料表面的灰塵做徹底的清掃，保持清潔，或采用更好的絕緣材料代替以提高絕緣壽命。

4 甩油故障

水輪發(fā)電機(jī)組在運行過程中，甩油也是常見的故障，究其原因，一是潤滑油液位超過設(shè)計值，這樣就會導(dǎo)致甩油;第二個原因就是油盆密封間隙超標(biāo)，密封效果變差從而導(dǎo)致甩油;第三就是機(jī)組超速運行，但這種情況很少發(fā)生。

5 電刷和集電環(huán)故障

電刷在運行中最常見的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴(yán)重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：

一是由于通風(fēng)不良導(dǎo)致的發(fā)熱，如冷卻風(fēng)道堵塞，集電環(huán)表面通風(fēng)溝、通風(fēng)孔堵塞等原因，尤其是當(dāng)運行中集電環(huán)表面溫度過高時，導(dǎo)致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在日常的檢修維護(hù)時，應(yīng)對集電環(huán)表面通風(fēng)溝、孔以及冷卻風(fēng)道濾網(wǎng)進(jìn)行清理，保持通暢。二是由于接觸電阻過大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱，出現(xiàn)這種現(xiàn)場，可能是更換的碳刷質(zhì)量不同，也可能是碳刷與滑環(huán)接觸電阻的不同，檢查回路中各螺絲是否緊固，電刷壓力是否不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。一般情況下同一刷架上每個電刷的壓力應(yīng)均勻，同機(jī)組上應(yīng)使用同一型號、同一制造廠的電刷，更換同一批次的數(shù)量應(yīng)符合規(guī)范要求，集電環(huán)的電刷在刷握內(nèi)滑動應(yīng)靈活，無卡阻現(xiàn)象，刷握距集電環(huán)表面應(yīng)有2mm～3mm間隙，電刷與集電環(huán)的接觸面，不應(yīng)小于電刷截面的75%，彈簧壓力應(yīng)均勻。

6 結(jié)語

水電站安全、穩(wěn)定、健康的運行與水輪發(fā)電機(jī)組的正常運行息息相關(guān)，水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站安全生產(chǎn)的重要保障因此需要水電站水輪發(fā)電機(jī)組檢修維護(hù)人員，在工作過程中科學(xué)合理的做好日常檢修和維護(hù)工作，在實踐工作中不斷積累經(jīng)驗，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時進(jìn)行維修和處理，確保水輪發(fā)電機(jī)組持續(xù)健康運行，保證水電站的安全生產(chǎn)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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