水轮发电机组常见故障及预防措施

吕悦惠，赵英君

(1.通化市地方水电管理站 134001;2.通化市水电开发处 134001)

水轮发电机组是水力发电厂的重要组成部分，是水力发电厂的核心设备。水轮发电机组运行安全与否，将直接关系到发电厂的健康运行，甚至整个电力系统的安全稳定。水轮发电机组运行不稳定，或经常出现故障，轻则影响发电厂的经济效益，重则关系到整个电力系统能否安全稳定运行。为此，掌握水轮发电机组的结构特点，熟悉运行中经常出现的各种故障、产生原因及处理方法尤为重要。

1 水轮发电机组常见故障及危害

近年来，随着水电行业的快速发展，通化市的水电站座数、装机和发电量成倍增长。在急需水电运行专业人员的情况下，部分电站业主聘用当地农民负责电站运行。由于水电运行人员技术水平整体低下，对水轮发电机组运行中出现的各种故障缺乏分析和处理能力，在水轮发电机组出现故障时不能及时分析故障成因，给水电站运行带来了安全隐患，甚至造成财产损失。

水轮发电机组运行中的常见故障一般有:发电机过负荷;发电机的振动和失步;发电机强行励磁;发电机母线电压单相接地;发电机转子一点接地;发电机滑环或励磁机碳刷冒火;二次回路失控;水轮机剪断销剪断;冷却水中断;轴承温度过高。这些故障如不能及时有效地处理，小故障很可能酿成大事故，轻则影响水利发电厂的经济效益，重则造成人身及发电设施损坏，甚至整个电力系统瘫痪。

2 水轮发电机组故障产生的原因及预防措施

2.1 发电机过负荷

水轮机运行水头过高、引用流量过大时都会使水轮机出力增大，当超过发电机额定负荷时，即造成发电机过负荷。调速器失控时，会造成水轮机导叶开度最大，水轮机进水流量最大，水轮机会在此工况下输出最大出力，发电机不可避免地过负荷。单机独立网带负荷时，如遇负荷突然增大等也能造成发电机过负荷。

为避免发电机过负荷现象发生，机组运行中应严格监视发电机的各项运行参数、温升和各轴承温度，随时观测水库上游水位，认真做好记录，尽量避免发电机单独带负荷。确需单独带负荷时，应密切监视机组运行参数变化，遇有异常运行情况时应准确判断故障现象，及时果断进行处理，确保发电机各项运行参数在允许范围内。为减少由于调速器失控造成的机组过负荷，应定期对调速器进行保养调试，确保能安全准确调控机组。

2.2 发电机的振动和失步

系统发生某些重大事故时，如三项不平衡、三项负荷不对称、发电机出力与用户负荷不能平衡，都会使发电机产生振荡、失步。

发电机发生振荡时，运行人员应设法增加发电机的励磁电流来创造恢复同期的条件。装自动电压调整器和强行励磁装置时，发电机电压调整器会因发电机端电压降低而动作，使励磁电流达到最大值，此时应适当地降低该机组的负荷，以帮助恢复同步。整个电站系统失去同步时，全站所有的发电机都将发生振荡，此时应立即增加各机组电流，在无法恢复同步时，应立即将机组与系统解列。

2.3 发电机强行励磁

当与发电机并列的其他机组发生事故，引起端电压下降时，励磁机或励磁系统会立即增加励磁电流，以便提高发电机输出电压，励磁系统试图将发电机电压恢复到额定值，从自动检测电压到自动调整电压的过程约需1min左右。如果是瞬间故障，经过励磁系统的这个过程之后，发电机会恢复正常运行，即在这1min之内不必干预，由机组励磁系统自动进行调整;1min后，如果机组自动调整后故障还未消除，则应根据现场规程的规定采取故障处理措施，降低发电机定、转子电流到正常运行所允许的数值。为避免发生强励动作，应保持发电机组励磁系统及二次系统完好，同时应密切监视机组的运行参数，随时调整机组保持在合理的工况下运行，避免机组因强励动作而产生其他事故。

2.4 发电机母线电压单相接地

机组绝缘老化、出口引线搭铁或绝缘破损、母线绝缘子污损，以及动物 (如老鼠打铁)爬行等，都能造成发电机母线电压单相接地故障。

不定期测量发电机相间，及每相对地的绝缘电阻，发现有发电机定子绝缘不好应及时处理。发现问题及早处理工作量小、费用低;不及时处理，可能酿成大事故。同时，对水轮发电机组的绝缘要引起足够的重视，要定期做电气预防性试验，保持发电机母线及绝缘子清洁，驱除发电厂房老鼠，有效避免发电机母线电压单相接地故障的发生。

2.5 发电机转子一点接地

发现水轮发电机转子一点接地故障时，应立即查明故障的地点和性质，并停机检修。否则可能引起发电机转子两点接地的事故，严重时会烧毁发电机转子。产生的原因主要有转子引线绝缘老化、碳刷引线打铁、励磁系统污垢过多及碳刷处碳粉过多造成绝缘降低等。

预防的措施有:定期清理转子各引线，避免产生污垢和碳粉积累，保持转子引线清洁干净，经常测试转子绝缘电阻并保证在规定值范围内，如发现绝缘值下降，应立即查明原因并予以消除。杜绝的方法有:定期做转子预防性电气试验，掌握发电机转子绝缘情况，每次开机前用500V摇表 (发电机转子电压不同所用的表不一样)检测发电机转子的绝缘电阻是否满足规程要求。

2.6 发电机滑环或励磁机碳刷冒火

发电机滑环或励磁机碳刷冒火产生的原因一般有:碳刷未压紧，刷架及引线松动，接触不好，碳刷被刷架卡住，刷架位子不对或跑偏，碳刷材质或型号不对，碳刷额定过流量小于转子额定电流，滑环不圆或不平滑等。

发现发电机滑环或励磁机碳刷冒火时，应按上述原因逐项检查。有效预防措施是:选择合理的碳刷，保持刷架弹簧弹性完好并且刷架位子正确，接线良好可靠，选择额定电流符合要求的碳刷，滑环表面光滑无电蚀现象。发电机运行中还应经常巡视检查，及早发现冒火及早处理，防止事故扩大。

2.7 二次回路失控

发电机二次回路失控故障产生的常见原因有:电压互感器二次回路断线 (如熔丝熔断)，操作电源熔丝熔断或接触不良，回路监视继电器故障，断路器辅助触点故障，机组励磁冷却风扇停转，可控硅励磁控制回路故障等。预防措施是:经常对二次回路进行检修与保养，定期做模拟传动试验，按要求及时做继电保护试验，经常检查二次回路电源及熔丝工作正常，保证二次回路各引线绝缘良好、各继电器触点无电蚀现象。

2.8 水轮机剪断销剪断

当杂物进入水轮机引水系统，进入水轮机导叶，恰逢调速器调整水轮机导叶开度向关机方向调整时，进入导叶的杂物就会被导叶卡住，如此时调速器继续调整导叶向关机方向调整，则极易使水轮机剪断销剪断。如水轮机导水机构安装质量差，造成水轮机连杆操作机构卡阻或别劲，当卡阻或别劲大到一定值时，也能造成水轮机剪断销剪断，但这种情况非常少见。杜绝此故障的办法:一是在水轮机安装时，严格按着水轮机安装技术要求安装，使水轮机的导水机构操作灵活;二是检查拦污栅是否完好，尽量不让杂物通过拦污栅，当发生杂物进入导水系统中而引起的导叶被卡的故障时，有经验的运行人员可凭操作的手劲大小及现象观察是否有杂物被卡，如有被卡的可能时，可在条件允许情况下，向增大导叶开度方向调整一下，然后再试着慢慢减少导叶开度，使临时卡住的杂物被水冲掉，消除故障，否则需停机，做进一步的检查处理。

2.9 冷却水中断

水轮机冷却水中断时，保护系统会发出冷却水中断故障提示，如不及时处理会导致水轮机轴承温度过高，甚至造成水轮机轴承烧毁，酿成大事故。因此对冷却水中断故障要引起足够的重视。处理的方法:一是打开冷却器的排污阀，排一下污垢，看故障能否消除;二是检查冷却器过滤网是否堵塞，如不能清理要更换;三是对有压力的冷却器要检查冷却器的冷却水压力，若压力小于额定值，则说明冷却水压力不足，应进一步检查冷却水压力不足的原因;四是检查水轮机冷却水回路的各管件阀门是否在打开位置。经过上述检查和处理一般均可消除水轮机冷却水中断的故障。

2.10 轴承温度过高

运行中水轮发电机组发生轴承温度过高时，应密切注意监视温度变化情况，一般当温度升高到70℃时 (不同水力发电厂此值会有略微不同)，会造成水轮发电机组事故跳闸停机。因此在未达到跳闸温度之前，应尽快查明原因及早处理，防止造成更大损失。

检查的项目:一是看冷却水是否中断，冷却水压力是否够用;二是看轴承油位是否合理;三是检查油色是否清纯、透明，有无杂质;四是检查甩油环是否甩油;五是用螺丝刀接触轴承外壳判断轴承是否有杂音，连接件是否有松动;六是油表是否损坏，指示是否准确。运行中水轮发电机组一般通过以上几项检查和处理均能消除故障，否则应停机，进行水轮发电机机组轴承解体，检查轴承、轴瓦、油道、间隙等，根据相应的问题进行对症处理。

3 结语

水轮发电机组运行故障问题，关系到发电厂和电力系统的安全、稳定运行，必须引起足够的重视。仅靠书本知识很难快速分析、判断机组出现故障的原因。理论联系实际，注重实际工作经验的总结，遇到问题时冷静分析、沉着应对，才能在故障出现时采取正确的处理办法。

［1]单文培，单欣安.电气设备安装运行与检修［M］.北京:中国水利水电出版社，2008.

［2]刘云.水轮发电机故障处理与检修［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.