水电站水轮发电机组的常见故障与处理技术分析

系 阳

（广东水电二局股份有限公司，湖南 怀化 418199）

0 引 言

水利发电是重要的国家战略资源，因此水轮发电机的运作正常是保证该资源的重要指标。由于水电站水轮机组的组织结构极其复杂，叶片和油润系统共同组装构成了该组件，但水轮机组主要还是靠冲水运转，因此使用过程中交互运转总会出现各种复杂的问题，造成机组发电计划无法按时完成。基于此，发电机组运作中要制定详细的预案，提出常见故障的维护保养途径和对策，找出常见故障的深层原因。

1 水电站水轮发电机运行分析

1.1 水轮发电机的运行方式

水电站水轮发电机组的运行原理主要是物理学上通用的负荷传递原理，根据运行机组数分为并网运行、单机运行等运行模式。但通常一些水电站是根据另外一种划分方式区分水轮发电机的运行模式。水轮发电机组的运行中，根据调速器的模式变化分为自动运行、手动运行等运行方式。

1.2 水轮发电机组的结构分析

水轮发电依靠的不单是一个机器，是由多种机器和零件组成的一个机组来完成发电工作。组成水轮发电器的关键因素主要有转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器及制动器。其中，定子中又包含机座、铁芯及绕组。定子还兼具结构调整的功能，可以根据运输条件和发电功能进行结构调节，如调节定子铁芯冷轧硅钢片的叠成。此外，水电站水轮发电机组运行的过程中，机组内部密闭且空气冷却，系统正常循环，以保证系统结构稳定，提高发电效率。

2 水电站水轮发电机组运行中常见的故障

水轮发电机是一个庞大的发电机组，运行时会产生很高的热量，因此机组的机器和零件很容易产生故障。

2.1 温度故障

水电站水轮发电机组在长期、无间断运行的过程中，会产生较高的热量，机身的温度较高，在一定程度上会拖慢设备的运行，尤其是对发电机导轴承运行的速度影响很大。如果机组不能及时散热或者缺乏散热设备，将威胁机组的正常运行，拖慢运行设备，降低发电效率，降低电能供应率，从而影响发电站的整体效益。此外，温度过高还会使机组运行必要的油料燃烧，造成事故[1]。

2.2 轴承过热

水电站水轮发电机组常见的设备故障还有轴承过热。轴承过热可能是长时间运行导致机组热量过高，却无法及时散热导致。轴承过热还会导致调速器紧急停阀、机组超速及机组故障停机。

2.3 甩油故障

水电站水轮发电机组运行的过程中，很容易导致甩油故障的发生。导致甩油故障的主要原因有3点。（1）油箱中油料较多，超出标准值。（2）机组机器长时间、较大幅度运行，超出标准的运行范围。（3）油箱应是一个密封的空间，油箱顶部的密封程度一定要高。如果油箱密封程度较低，长时间、高频率的运行中，会出现甩油故障。

同时，水轮发电机组的运行速度较快、消耗较大，运行使用和消耗的油料属于易燃易爆物品，如果设备运行过程中导致油料甩出而没有及时制止，很容易造成安全事故，后果严重。

3 水电站水轮发电机运行故障解决和处理方法

3.1 硬件设计

水电站水轮发电机组运行的特点主要有电磁干扰较强、水轮机振动力度大及机组和厂房的环境湿度大。因此，发电机组的硬件要求非常高。首先，需要具备较好的防震、防电磁干扰的功能。其次，还要机器选材适应潮湿的环境，或者具备防潮功能。现代发电机组应用PLC技术可以克服水轮发电机组的不利条件，满足发电机组的必要要求。PLC是基于数字运算的电子操作系统，可实现远程操控，通过输入、输出系统运行大数据来监督控制工业生产。PLC的硬件结构与工业常用的微型计算机相同，具有存储数据量大、编程简单、运行速度快、输入输出功能全面及可扩充等优点。PLC主要结构如图1所示。

图1 水电站水轮机PLC结构图

3.2 装配水轮发电机检修系统

水轮发电机组存在很多事故隐患，如果存在一个对应的发电机检修系统，会减少事故的发生，提高发电效率。因此，借助互联网、无线传感技术及大数据分析系统等，针对水轮发电机存在的产检问题，设计了水轮发电机常见故障的检测与检修系统。该系统主要通过如下3个步骤进行水轮发电机的检修。

第1步，应用无线传感技术，在水轮发电机组的各设备上设置监测点。测点的安放要遵循完整感知的原则，尽量不要安放地过于稀疏或过于密集，要考虑到现实的需要。同时考虑传输信号是否通畅、监测数据能否正常输入系统分析等。

第2步，建立完整的数据库，利用大数据分析。根据监测数据，同时对比正常机组运行参数，对水轮发电机的工况作出分析。最重要的是要建立完整的数据分析系统。系统应包括机组运行标准参数、全天运行值、机器以往故障维修记录及机组各故障具体维修方法等[2]。

第3步，安装智能警报系统。系统可以根据监测和分析到的可能故障做出及时警报，技术工人可以在第一时间赶到，并进行修理和维护，以减少损失。

水轮发电机的检修系统由前端无线传感技术、大数据分析及智能警报系统组成，可以预测可能发生的故障，也可以对已经发生的常见故障做出及时止损，避免影响整个机组的运行，提高发电效率。

3.3 高温处理技术

温度超出标准值是发电机组最常见的故障。处理这类事故首先需要机组具备测温系统，对温度实施监控。

温控系统的主要功能是：若发电机组的有功负荷大于额定值，或者定子电流高于额定值，系统会自动对机组运行功率和速度进行调整；如果调整后的3 min内温度仍未降到标准值以下，则引发温度异常警报。

此外，针对冷却水压异常引发的高温，要对水泵进行全面检查，同时保证机组有足够的备用水进行冷却。这既保证了及时冷却高温设备，又降低了水电站水轮发电机组运行故障造成的损失[3]。

3.4 加强日常维护工作

加强日常维护工作，可以保证水轮发电机组正常运行、减少常见故障的发生。日常维护工作，可以从如下3个方面展开。第一，需要深入、具体地了解水电站水轮发电机组的运行原理、运行环境及运行状况；及时清理设备运行过程中的积水，为水电站水轮发电机组的正常运行提供良好的环境。第二，实时监测温度、输出功率及运行速度等关键因素，规定安全的运行数据，加强日常监测，定期抽查。第三，定期对水电站水轮发电机设备组进行抽查质检，针对磨损、老化、腐蚀的零部件，需要进行及时更换，对关键设备和零件进行定期保养[4]。

4 结 论

水电站水轮发电机组的常见故障可以在技术、人工的努力下预防，并能对已经发生的故障进行及时制止。运用PLC硬件系统可以实现机组的远程监督；利用检修系统分析故障，尽快做出解决方案；高温处理技术通过机组运行调节和冷却达到温度标准值，减少故障损失；加强日常维护，有利于设备运行顺畅。