水电站水轮发电机组常见故障技术处理_莫斌伟.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/11水电站水轮发电机组常见故障技术处理莫斌伟（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000）【摘要】水轮发电机组属于水电站机组设备的重要组成部分，考虑到水电站建设工程具有较强的复杂性和难度，导致水轮发电机组在运行过程中经常会出现各种各样的故障，不仅对水电站的安全运行产生影响，同时也会在一定程度上影响水电站的整体运行效益。基于此，首先分析了水电站水轮发电机组运行方式和结构，并结合实际项目，对水电站常见的故障加以探究，进而提出解决故障的方法，希望能为相关人员提供一定的帮助。【关键词】水电站；水轮发电机组；常见故障；处理【中图分类号】TM312【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0073-030引言近年来，随着我国机械水平的不断提升，常用的水电站机组检查方法对水电站水轮机组设备进行检查已经难以迎合水电站的运行需求。此外受到多方面因素的限制，水电站水轮发电机组运行过程中经常会出现各类问题，常见问题包括发电机转子接地、发电机转子出现强烈震动等问题，上述问题都对水电站的安全稳定运行产生了不良影响。基于此，如果想要进一步延长水电站的使用年限，需因地制宜做好故障处理工作，要求相关部门要引入先进技术，对水轮发电机组故障成因进行分析，然后结合实际情况制定科学的故障应对方案。1水电站水轮发电机组运行分析1.1水轮发电机组的运行方式我国各大水电站的水轮发电机组的运行原理如下：发电机组借助物理学中的复合传递原理以及各个运行机组构成不同的运行模式，常见模式包括并网运行模式、单机运行模式。另外，还有部分水轮机组会根据调速器的运行情况采用不同的运行模式，如自动模式和手动模式1。1.2水轮发电机组的结构分析水电站的水轮发电机组并非由单个的机器构成，而是由多种机器和零件组成的，其核心功能为实现水电站发电。水轮发电机组的主要构成如下：水轮机设备。调速系统设备。机架和轴承设备（含上机架、下机架、水导、下导、上导、推力轴承）。定子。转子。其中，定子主要由机座、铁芯及绕组构成，主要功能是支撑绕组，绕组在切割磁力线产生电能后汇流传导作用。转子是通过电能产生均匀磁场，通过改变转子励磁电能大小，可以改变磁场大小，以此调节发电量。除此之外，水轮发电机组可根据水电站的实际发电条件，对定子中铁芯冷轧硅钢片的叠成情况进行优化，以此来显著提升发电效率，确保水电站发电系统的结构稳定2。2工程项目概况本文研究的水电工程位于我国南方某乡村，该工程项目由一座排涝站以及自流涵构成。该水电工程有发电机组两台，装机总量为 150 万 kW。该水电站的排涝标准如下：当遇到 10 年一遇的强降雨时，站内积水需在 3 d 内排干。该水电站始建于 20 世纪70 年代，水电站下游有农田、变电站以及各类乡镇企业。随着城镇化规模的不断推进，该水电站发电量已经难以满足当地的城市供电需求和排水需求。鉴于此，需要对该水电站进行重建。在重建的过程中，为保证水电站的整体运行效率，需要对水电站水轮发电机组的常见故障展开分析和处理3。3水电站的常见故障分析3.1温度故障分析水电站水轮发电机组长期处于运行状态会产生较大的热量，随着水电站水轮发电机组温度的不断提升，设备的整体运行速度会逐渐下降，进而对水电站水轮发电机组各部位的导轴承产生不良影响。如果在机组设备维护过程中没有充分做好散热处理工作，则会对水轮发电机组的正常安全运行产生很大影响，不仅会影响水电站整体的发电效率，同时也会减少供电量，进而降低水电站整体的经济效益。3.2电气部分的常见故障就水轮发电机组电气故障而言，具体体现在以低碳技术73DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.063LOW CARBON WORLD 2022/11下两点。（1）水轮发电机组长时间超负荷运行。一般情况下，当水轮发电机组的定子电流超出额定电流的一倍时，会对其原有的过载保护器安全性产生不良影响，当过载保护器过热时会自动报警。针对这类现象，水电站的维护人员一定要及时做好对应的处理工作，确保发电机组稳定安全运行。此外，由于水轮发电机组长时间处于工作状态，导致其整体的使用功率较低，为了有效降低发电机组的负荷，需要维护人员将影响发电机组功率的因素严格控制在额定范围内。当水轮发电机组处于运行状态时，如果发电系统出现故障，容易诱发发电机组瞬时过载故障。鉴于此，相关的维护人员要及时做好故障处理，避免对水电站的稳定运行产生影响。（2）发电机转子接地故障。多数情况下，水轮发电机组转子接地故障可分为以下两类：转子呈一点接地状。转子回路呈两点接地状。若呈现两点接地状，则表明运行中的水电发电机组存在故障，故障位置存在电流。如非两点接地，则转子系统呈永久接地状。电流若通过故障区域，则会诱发严重的机组设备故障4。3.3机械部分的常见故障水轮机组的机械部分也经常出现各类故障，常见故障表现为以下两点：水轮发电机组设备出现了强烈的震动。在水轮发电机组运行过程中，如果机组设备出现了强烈震动，则表明机组设备产生故障，但是这一故障并不显著。很多维修人员在针对设备进行基础维护时难以及时地有效发现故障，这类故障本质上很难消除。机组设备出现了空蚀现象。如果水轮发电机机组设备出现了空蚀现象，则会加剧机组设备零件的损坏，不仅会为机组设备带来严重的损伤，还会降低机组设备的整体运行效率和输电效率。3.4轴承过热故障除了机械部分故障之外，在水轮发电机组运行过程中，轴承过热也属于非常常见的故障之一。如果发电机组的轴承过热，可能会导致发电机组内置的调速器紧急制停，进而导致机组故障停机。综合来看，导致轴承过热的主要原因在于机组设备长时间处于高负荷运行状态下，整体热量过高却没有及时散热。3.5甩油故障在水轮发电机组运行阶段非常容易出现甩油故障，造成甩油故障的原因包括以下 3 个方面：机组设备中的油箱油量超过标准值，进而导致机组设备出现了甩油。如果水电站水轮发电机组长时间处于高负荷运行状态，则会增加甩油故障发生概率。发电机组的油箱是一个密闭空间，如果油箱的密封性下降，在长时间运行下，机组会出现甩油故障。此外，由于水轮发电机组整体运行速度较快，功率较大，在运行的过程中使用的油料多为易燃易爆物，如果出现甩油故障后没有及时进行处理，则非常容易诱发设备火灾安全事故。4水电站水轮发电机组运行故障解决和处理方法分析4.1强化硬件设计综合来看，水电站水轮发电机组具有抗电磁干扰能力较强、振动力较强以及机组设备运行环境相对湿度高等特征。鉴于此，要求水轮发电机组硬件设备应具有以下特征：水轮发电机组的硬件设备一定要具有较好的防震能力和抗电磁干扰能力。要求水轮发电机组的材质必须有较强的抗腐蚀能力和防潮能力。为了有效解决水电站水轮发电机组的故障，可应用可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）进行控制。PLC 是以数字运算为基础的一类电子数控操作模式，可实现对机组设备的远程控制，通过输入输出相应的数字信号来有效控制设备运行、启停。综合来看，PLC 系统的硬件结构和微型计算机非常类似，该系统具有信息存储量较大、编程模式简单以及输入输出功能可进行扩容等优势。图 1 为PLC 结构5。4.2装配水轮发电机组检修系统由于水轮发电机组容易出现各类故障，因此，需要构建符合水轮发电机组运行状况的发电机组检修系统，以此来有效降低故障概率，提升水轮发电机组的整体输电效率和发电效率。鉴于此，可运用互联网技术、无线传感技术以及智能监测技术构建该检修系统。该系统的主要检测步骤如下。（1）运用无线传感技术在水轮发电机组上设置不同的监测点，为保证监测效果，要求各个监测点的图1 PLC结构电源CPU编程器存储器I/O 接口I/O 接口现场自动化元件其他设备低碳技术74LOW CARBON WORLD 2022/11位置要符合感知原则。同时要严格控制综合点的按测数量，数量不能过于密集，要符合水轮机组设备故障检测需求。此外，还需要针对监测设备的信号流畅度以及监测数据精确度展开分析。（2）构建完整的信息数据库。通过运用大数据分析技术对比故障机组和正常机组的运行参数，然后分析判断水轮发电机的实际工作情况，据此构建完整的数据分析系统。在该数据库内主要包含以下参数：水轮发电机组运行工况、机组运行标准参数、过往故障数据以及过往维修记录。（3）构建智能报警系统。该系统的核心目的在于及时发现水轮机组设备故障并进行报警提醒，相关维修人员可第一时间来到现场对机组设备进行维修和检查维护，最大限度减少发电站的经济损失。利用该技术可以有效预测潜在的故障，同时也可以针对已经发生的故障进行有效分析，进一步提升发电机组的整体运行效率和运行质量。4.3高温处理技术水轮发电机组长时间处于高温运行状态下，如果其承载温度超出了额定范围，则会严重威胁机组设备的正常运转。鉴于此，要求发电机组内安装对应的降温设备，以此来实现对设备温度的严格控制。应用降温装置后，如果水轮发电机的整体负荷量超出额定范围或设备的电流量高于额定范围，此时该系统会自动对机组的运行功率和速度进行调整。如果在调整一段时间后设备温度还未降低至标准值范围内，则会自动发出温度过高警告。针对由冷却水压力异常引起的高温，应对水泵进行全面的检查，并确保有充足的备用水供冷却，这样不仅能及时对高温设备进行降温，而且能减少因机组运行出现故障所带来的损失。4.4强化日常维护工作做好日常维护工作，可有效降低水轮发电机组故障概率。综合来看，可以从以下 3 个方面做好日常维护工作。机组设备的维护人员要充分掌握发电机组的使用原理、运行环境，及时记录运行过程中出现的各类问题，并结合水电站的实际情况制定科学的维护方案。除此之外，维护人员还要及时清理水轮发电机组运行过程中产生的积水，为发电机组提供一个良好的运行环境。对水轮发电机的运行功率和速度进行实时监控，通过强化日常检测和做好定期维护来降低发电机组故障概率。定期对水轮发电机组的水泵进行质检。针对已经老化和被腐蚀的零件，维修人员要及时进行更换，并同步做好新安装零件和机组设备的保养工作。4.5充分做好对新装机组的维护工作针对一些新安装的水轮发电机组设备进行维护时，可以采取以下措施：由于新安装的发电机组装配时间不长，此时可以先暂时停止新设备的运行，对其整体的零部件运行情况以及设备工艺进行系统性了解后再启用新设备。在新设备运行之前，维护人员还要做好基础设施的检查工作。除此之外，为确保新安装新型设备的运行质量，相关人员可通过对发电机组进行遥测，从而检测其整体工况。若设备运行参数不符合工作要求，则要及时进行调整。4.6科学做好发电机组冒烟处理工作如果水电站水轮发电机组在运行过程中出现冒烟情况，相关的工作人员就要迅速找出发电机组的冒烟位置，并对导致冒烟的原因进行分析。例如，机组维护人员需要对水轮发电机组的定子、转子、水泵、开关等设备进行逐一故障排查，确保可在最短的时间内找出故障原因。待故障被解决后还需要对水轮发电机组展开测试维修，只有测试结果符合运行工况需求后方能将其投入使用。5结语综上所述，水电站水轮发电机组故障频发，已严重影响水电站的整体发电效率。针对该情况，可采用人工干预和技术干预的方式，对水电站水轮发电机组故障加以预防，并对已经发生的路障进行有效处理。可运用 PLC 系统实现对智能发电机组的远程监控，还可以利用故障检修系统实时发现设备故障，并对此制定对应的故障处理方案，同时通过做好日常的基础设施维护工作来有效提升水轮发电机组的运行效率。参考文献1 刘玉华，徐加全，吴向荣，等.跋山水电站 2 号水轮发电机组盘车技术浅析J.小水电，2022（4）：64-68.2 王振羽，王永潭，王树新，等.水电站水轮发电机组的常见故障与维护J.科学技术创新，2019（34）：176-177.3 周英华，王智慧.用组态程序开发 水电站计算机监控 课件：水轮发电机组开停机过程运行、监控模拟系统J.科学大众（科学教育），2018（8）：139.4 张永柱，何荣生，程诗昊.水轮发电机组主要原材料检测方法实践与探讨：以乌东德、白鹤滩水电站为例J.人民长江，2018，49（增刊 1）：264-268，289.5 孟勇.青海直岗拉卡水电站 5 号水轮发电机组受油器安装浅析J.水电站机电技术，2015，38（12）：60，68.作者简介：莫斌伟（1984），男，汉族，甘肃陇西人，本科，高级工程师，主要从事工程管理工作。低碳技术75