浅谈水电厂水轮发电机组常见故障与维护

陈建东

（广西桂冠大化水力发电总厂，广西 大化 530800）

0 引言

本厂自投产以来，变频机组设备已经运行将近10年，因其电气配套设施经过长年工作，老化现象已经越发明显，故障问题也越发复杂多样。往往状况一旦发生，最直接影响的是供水产能下降，运营成本损失等，所以面临考验的将是我们现场各位维护、运行人员的故障应变处理能力、维修维护技能水平及整体知识储备量。

目前，厂内变频机组设备。主要包括丽江水厂ABB ACS800变频器拖动400KW机组、城南加压站ABB ACS580变频器拖动220KW机组、城南加压站ABB ACS510变频器拖动160KW机组、城南加压站英威腾CHF100变频器拖动3x75KW机组、正高国际加压站森岛SD5000变频器拖动3x90KW机组等。正因为变频机组对我厂的生产供水有着举足轻重的作用，我们生产科部门就更应注重了解其工作性能和原理构造，这样才能够懂得如何更好的去维护及保养它，否则当变频的故障发生时，造成的损失将会是不可估量的。现通过入厂工作这些年的维修经验，浅谈一下本人在变频故障处理上的一些常见维修及保养维护心得[1]。

1 水电厂水轮发电机维修诊断

1.1 发电机的构成原理

定子、转子和励磁装置组合在一起，就构成了水轮发电机组。只有保证有足够大的水轮发电机转子的转动惯量时，才能保证水轮发电机组的导水机构关闭时间内水轮发电机组的转速不会提高，也因此导致了水轮发电机组一般较为笨重。励磁装备主要分为电源和调节器等，主要是借助电流形成磁场带动水轮发电机的运行。励磁装置里的电源和绕组被转子提供给发电机，然后定子和转子之间因此就会形成一些旋转磁场，也就是气隙[2]。旋转磁场和定子绕组之间被切割开的时候，交流电就出现在了切割导体的内部，特别注意的是，这个电的变化一般是随正弦函数变化的。

1.2 发电机的常见诊断方法

发电机组的检测诊断其实类似于中医看病，要仔细的查看和询问，称之为“望”和“问”。具体的步骤是当发电机组发生故障需要检查维修时，维护人员要注重“望”这一步，先从发电机组的外观上进行初步的检测，包括型号、使用年限等基本信息的了解，再通过仔细的观察，发现目前发电机组的使用状况和故障的类型特征。有多年工作经验的维护人员一般可通过这一步就发现发电机组常见的故障原因及解决办法[3]。

当“望”这一步完成之前，需要完成非常关键的一步——“问”。通过向水电厂的值班人员询问设备日常运行的状态以及发生故障前后详细的信息，包括故障当时的具体情形、发电机组维修保养的记录、发电机组日常的使用量和检测次数等。在检测的过程中，维护人员需要注意的是，不仅要及时对发电机组进行及时的维修，同时也应该对发电厂的值班人员进行一些建议和策略的提供，包括常见问题的自检，以及故障避免的方法等[3]。这样不仅能够保证发电机组的正常运行，还能有效避免对发电机组的损害。

这两种方法是经过前辈不断的经验总结得来的，能够让维护人员在检测的过程中，避免相当程度的不必要的繁琐的步骤，明显提升维护人员的工作效率，而且在成本方面也能做大极大的节省。

人力的检测机器无法代替，而采用先进精密的仪器则能够帮助维护人员省去很多检查的时间[4]，在面对有故障的发电机组的时候，能够在最短的时间内，找到故障发生的原因，及时解决机组的故障，并根据实际情况给水电厂的值班人员一些有效的科学建议（如图1）。

图1 水轮发动机组状态监测与故障诊断系统模块总框图Fig.1 General block diagram of condition monitoring and fault diagnosis system module for hydro-engine group

2 水电厂水轮发电机故障维护

2.1 发电机的常见故障

由于水轮发电机的主要构成部分是电气和机械两部分，所以常见的故障问题可以分为电气故障和机械故障（如图2）。发电机组的超负荷运转、温度过高以及转子接地等是电气部分中最常见的故障；过于强烈的机组振动、空蚀等是常见的机械故障[5]。

图2 水轮发电机组故障Fig.2 Faults of hydroelectric generating units

（1）发电机组的超负荷运转造成的电气故障。当水轮发电机组的运转超过负荷值的时候，警报装置会发出提示，因为这时定子的电流值这个时候都高于额定电流值的1.1倍，这个时候值班人员要及时对发电机组的励磁电流进行适当的降低，不然发电机组的效率上不去，发电机组就做不到正常的运转，会影响正常的发电计划。

（2）发电机组的温度过高或转子、定子接地引发的电气故障。当发电机组的温度过高一般是因为涡流会导致一部分电流出现在转子、定子和铁芯上，一段时间的工作后，这些部件慢慢就会发热，严重可能让部分部件熔融而导致事故。

当发电机组的转子两点接地的时候，此时故障点是电流的必经之路，因而回路电流就会出现，就造成了发电机组的故障[6]。当发电机组的转子一点接地的时候，虽然一般不会发生回路电流，可一定程度上避免故障点处有电流的经过，但是当一点接地转移的时候已经改变了转子的正负极，就引发了转子的两点接地。这个时候，机组不仅会过热，还可能有强烈的振动。

（3）出现强烈振动的机械故障。这是故障中最难处理的一类故障，因为在发电机组的正常运作过程中不可避免的发生振动，振感一般都比较强烈。如果单纯只靠振感而发觉发电机组工作的异常的话，对维护人员是个极大的挑战。再加之发生强烈振动的原因过多，所以具体的原因排除起来费时费力，因此是相对较难解决的一项故障。

（4）出现空蚀的机械故障。水力因素引起的空蚀现象因为会导致发电机组的损坏，而且一般损坏是不可挽回且危害较大，因此发电机组的空蚀问题需要及时排查及时的维修检测，不然会造成极大的安全隐患及经济损失。

2.2 发电机的维护

随着社会的发展，人们对于用电量的需求也是猛增，对于电网的稳定性也是提出了更高的要求。为了保证市民的正常用电，保证电网的稳定，很多发电机组都处于长期工作状态，几乎很少停机检查。这样的超负荷使用也势必给发电机带来了更多的损害，再加上鲜有的检查维护导致了发电机组的小问题衍生成了重大的机组事故，严重可能也会引发因发电机组故障带来的经济损失和性命安全。所以，发电机的维修保养非常重要，不仅能及时避免发电机组故障引发的重大事故造成的经济损失和人员安全危害，还能提高水电厂的发电效率[7]。

首先，由于故障的产生原因过于复杂，而其检测较难进行，水电厂可借助先进化的仪器进行发电机组的监控工作。

其次，因为管理人员的素质水平会很大程度影响到水轮发电机组的维护水平，因此在招聘的过程中，发电机组管理人员的考核力度应该加大加强，考核的力度也急需加强。在条件允许的情况下，可以多次安排培训，以保证维护工作人员的业务水平和理论知识储备。

再有，发电机组的日常定期维护清扫工作也是尤为重要的一项工作。比如：为了避免油泵受潮，位于压轴装置里的油泵要定期切换。调速器里的杠杆的连接处容易生锈，所以同样要定期及时注油。气水分离器也是发电机组里特别容易造成堵塞的一个部件，一旦发生堵塞，发电机组将无法正常运行，所以气水分离器的清扫工作也需要定期仔细完成。

最后，日常定期对设备维护清扫工作能够及时完成之后，很多的发电机组常见问题就可以得到有效的避免。但是，由于供电量需求量较大，发电机组长时间处于工作状态，时间一久发电机组就可能存在一些故障隐患，所以水电厂的工作人员绝对不能忽视发电机组的定期检查工作。具体的检查包括发电机和控制屏之间的接线、接线的绝缘层有无破损痕迹、各装置是否已经灵活，发电机组的外壳保护有没有存在破损等等。这样的定期检查工作看似没有很大的用处，实际上能够有效降低故障的产生，提高发电机组使用过程的安全度[8]。

3 结论

水电厂发电时的核心就是水轮发电机组，当发电机组无法正常运行时，必然带来不可挽回的经济损失，甚至对水电厂的发展造成一定程度的影响。因此，水电厂在利用水轮发电机组进行发电的时候，必须保证水轮发电机组的正常运行，减少其故障的出现，并保证即使故障出现依旧能在最短的时间内解决故障，避免更多的经济损失。因此，水电厂的工作人员需要不断的培训，及时更新自己的技术水平并且让自己的理论基础知识更加的扎实[9]。对于常见的发电机组的故障，工作人员要及时总结经验并及时反思原因，对于常见的可避免的故障做出及时的故障排除工作。通过不断的学习，水电厂的工作人员的业务能力水平能够得到明显的提升的同时，要逐步强化发电机组的维修保养工作，以降低机组发生故障的概率，提高水电厂的工资效率[10]。