水电站水轮发电机组常见故障技术处理

王国刚

（中国葛洲坝集团机电建设有限公司，四川成都 610000）

1 水电站水轮发电机运行概述

1.1 水轮发电机的运行方式

水轮机是一种利用水能转化为机械能的装置，它将水的能量转化为旋转动能，驱动发电机转动，从而产生电能。水轮发电机组广泛应用于水力发电行业，高效利用水能对可再生能源的开发和利用具有重要意义。

水轮发电机的运行方式通常包括以下4个步骤。（1）进水。水轮发电机需要从水源中引入水以驱动水轮机。通常情况下，水源来自水坝、水库、河流或者海洋。（2）旋转水轮机。水流经水轮机的叶片，产生旋转动力，将水能转化为机械能。水轮机的旋转速度通常较低，但扭矩大，因此可以驱动发电机高速旋转。（3）旋转发电机。水轮机驱动发电机的转子旋转，使发电机的线圈在磁场的作用下产生电动势，从而产生电能。发电机的输出电压和频率与旋转速度和磁场强度有关，通常需要调节和控制才能得到稳定的电能输出[1]。（4）输电。发电后的电能通过输电线路输送到需要用电的地方，为人们的日常生活和生产提供电力。

需要注意的是，水轮发电机的运行需要有稳定的水源，并且需要对水流的流量和水位进行控制和调节，以保证水轮机和发电机的稳定运行。同时，不同类型水轮发电机的运行方式有所差异。例如，斜流水轮机和混流水轮机的运行原理和特点与传统的轮盘水轮机有所不同。

1.2 水轮发电机组的结构

水轮发电机组通常由水轮机、发电机、调速机构、轴承和机械密封等组成。（1）水轮机。水轮机是将水的能量转化为机械能的装置，水轮叶片是最关键的部分，它们负责将水能转化为机械能，并带动水轮机旋转。叶片的结构和形状可以根据不同的水流条件进行优化和设计。（2）发电机。发电机是将机械能转化为电能的装置，发电机的结构通常包括定子、转子、电枢、电刷、轴承等部分。转子是发电机的旋转部分，由磁极和绕组组成；定子则是静止的部分，由电枢和绕组组成。发电机的输出电压和频率与转子旋转速度和磁场强度有关，因此需要通过调速机构控制水轮机的转速，以保证发电机的输出电压和频率稳定[2]。（3）调速机构。调速机构是控制水轮机转速的装置，通常包括水力控制系统和电气控制系统。水力控制系统通过控制进入水轮机的水流量和流速实现调速；电气控制系统则通过调节发电机的励磁电流和电阻实现调速。（4）轴承。轴承是支撑水轮机和发电机转子的重要部分，它能够减少转子的摩擦和磨损，并支持转子的重量和离心力。常见的轴承包括滚动轴承和滑动轴承等。（5）机械密封。机械密封是保证水轮机和发电机运行稳定的重要部分，它能够防止水和油等介质泄漏，同时也能够防止空气和灰尘等杂质进入机器内部，常见的机械密封包括旋转密封和端面密封等。

2 水电站水轮发电机组运行中常见的故障

2.1 温度故障

其一，温度过高。水轮发电机组的各个部件在运行中会产生热量，如水轮机叶片与水摩擦产生的热量、发电机电枢电阻产生的热量等。如果这些热量不能及时散发出去，就会导致温度升高，引起温度故障。温度过高可能导致叶片变形、电绕组烧坏等问题，进而影响水轮发电机组的安全稳定运行。其二，温度过低。在低温环境下，水轮发电机组的部件可能变得十分脆弱，甚至出现开裂等故障。同时，低温环境还可能导致油润滑不良，增加部件磨损和损坏的风险。

2.2 电气故障

第一，电绕组短路。电绕组短路是指发电机内部绕组中两个或多个相之间出现短路，可能的原因包括绕组绝缘老化、电绕组内部杂物等。电绕组短路导致发电机输出功率下降，甚至发生故障停机。解决方法一般是更换电绕组或修复绝缘的方法解决。第二，绝缘损坏。发电机内部绕组绝缘层损坏或老化也可能导致故障。绝缘损坏可能导致电流泄漏、电压不稳定等问题。解决方法是对绝缘进行维护或更换[3]。第三，过热。发电机长时间运行，可能导致内部电器部件过热。过热可能导致电绕组绝缘老化、设备寿命缩短等问题。解决方法是增加散热装置，保证设备运行在适宜的温度范围内。第四，电气接触不良。发电机内部连接头、接线端子等部件可能出现松动或接触不良，这种故障可能导致电阻增加、电压下降等问题。解决方法是检查和紧固连接头、接线端子等。第五，外部短路。发电机输出端可能出现对地或对其他电气部件的短路，这种故障可能会导致设备损坏、火灾等严重后果。解决方法是加强绝缘，防止外部短路。

2.3 机械故障

第一，轴承故障。水轮发电机组转子是通过轴承支撑的，长时间运行后可能出现轴承磨损、过热等问题。轴承故障会导致转子不平衡，甚至造成设备停机。解决方法是定期检查和更换轴承。第二，转子不平衡。转子不平衡是指转子在运行过程中出现质量分布不均匀，导致振动增大。转子不平衡可能导致轴承故障、机组振动增大等问题，进一步影响设备寿命。解决方法是通过动平衡技术对转子进行校正。第三，机械损伤。机械损伤可能是由于设备长时间运行或各种外部因素（如颗粒物、噪声等）导致的，损伤主要包括叶片磨损、轴承磨损、齿轮损伤等，机械损伤会导致机组性能下降，甚至设备停机。解决方法是根据具体情况对受损部件进行修复或更换。第四，内部泄漏。内部泄漏是指发电机内部机油、水等物质泄漏到其他部位，可能导致电气部件受损、机械部件腐蚀等问题。解决方法是检查泄漏部位，维护和更换密封件。

3 水电站水轮发电机组运行常见故障技术处理

3.1 强化硬件设计

第一，选用高品质的轴承和材料，有效延长设备的寿命，减少轴承故障和机械损伤的发生。合适的材料也可以提高设备的耐腐蚀性和耐磨性，减少内部泄漏的发生。PCL技术可以应用于材料的选型和测试，确保材料的质量和性能符合设备要求。第二，通过动平衡技术对转子进行校正，避免转子不平衡导致的故障。PCL技术可以用于转子的动态测试和分析，帮助确定动平衡方案和优化方案效果[4]。第三，采用先进的润滑系统，降低设备运行过程中的磨损和摩擦，减少机械损伤的发生。PCL技术可以应用于润滑系统的设计和优化，确保润滑系统的性能和效果符合设备要求。第四，通过智能监控系统实时监测设备的运行状态，及时发现机械故障并预防潜在的机械故障。PCL技术可以应用于智能监控系统的开发和优化，提高监控精度和可靠性。第五，采用PCL技术进行优化和测试，确保措施的实施效果符合设备要求，从而降低机械故障的发生率，保障水轮发电机组的安全稳定运行。

3.2 装配检修系统

通过装配水轮发电机检修系统进行检修，无线传感技术、数据库、大数据分析和智能警报系统的应用可以实现设备的智能化维护和检修，提高设备的可靠性和安全性，减少机械故障的发生。具体而言，包含以下几方面内容。第一，无线传感技术。通过安装无线传感器，实时监测水轮发电机的运行状态和故障信息，准确判断设备运行状况和维护需求。同时，无线传感技术可以收集设备的数据信息，为后续大数据分析提供支持。第二，建立完整的数据库。将收集的数据信息进行整合和存储，建立完整的数据库，为后续的分析和判断提供可靠的数据支持。同时，可以建立历史数据，用于比对和参考。第三，大数据分析。利用大数据技术对收集的数据信息进行分析，对设备运行状况进行预测和诊断，提前预防机械故障的发生。同时，可以针对设备的运行情况进行优化和调整，提高设备的运行效率，延长设备的使用寿命。第四，安装智能警报系统。根据设备的运行状态和故障信息，设置智能警报系统，及时提醒维护人员进行维修和处理，避免故障进一步扩大而损害设备。

3.3 采用高温处理技术

第一，在水轮发电机的正常运行过程中，由于机械摩擦和电磁感应等因素，发电机内部产生高温，影响设备的寿命和稳定性。采用高温处理技术，可以使发电机的材料经过一定的处理后具备更好的耐高温性能，能够更好地应对高温环境，减少温度故障的发生。第二，电气故障是水轮发电机运行中常见的问题之一，其原因可能包括绝缘老化、接触不良、电路短路等。采用高温处理技术，可以提高电气元器件的耐高温性能，减少因高温导致的电气故障。第三，机械故障可能包括轴承损坏、齿轮磨损等问题，这些故障往往会导致设备的损坏和停机维修。采用高温处理技术，可以对轴承和齿轮等关键部件进行强化处理，提高其抗磨损性能和耐用性能，减少机械故障的发生[5]。

3.4 强化日常维护

为了解决水轮发电机组运行中存在的各类问题，需要强化日常维护工作。第一，温度监测。对水轮发电机组内部的温度进行实时监测，可以采用温度传感器和自动控制系统等技术实现，一旦发现温度异常，及时进行处理，避免温度故障的发生。第二，电气检测。对水轮发电机组的电气元器件进行定期检测，包括检查接线是否松动、电缆是否老化、电路是否短路等，发现问题及时进行修复或更换[6]。第三，润滑维护。定期对水轮发电机组的润滑系统进行检查和维护，包括检查油液的质量和液位、清洗油路和滤芯等，确保润滑系统的正常运行，减少机械故障的发生。第四，检修计划。建立完整的水轮发电机组检修计划，对设备进行定期检修和维护，包括清洗、检查和更换关键部件，以延长设备的寿命，提高设备的稳定性。第五，数据库管理。建立完整的水轮发电机组数据库，记录设备的使用情况、维修记录和故障信息等，通过大数据分析技术，及时发现设备的问题并进行预防和处理。第六，智能警报系统。安装智能警报系统，及时发现设备的异常情况并进行预警，减少故障的发生，降低不必要的损失。第七，人员培训[7]。加强维护人员的培训，提高相关人员对设备的认识和维护能力，使其能够及时发现设备问题并进行处理。

4 结语

水电站水轮发电机组是我国清洁能源发电设备中的重要组成部分，经常出现各种故障，为生产带来了严重的影响。通过强化硬件设计等多种处理方法，可以有效解决水轮发电机组运行中存在的各类问题，提高设备的可靠性和稳定性，促进清洁能源的发展和应用。通过不断探索和创新，能够进一步提高水轮发电机组的运行效率和安全性，为我国的清洁能源事业做出更大的贡献。