水电站机电设备常见故障及运维优化分析

水电站是水能发电的主要设施，对于保障国家能源安全、促进经济发展具有重要作用。水电站机电设备复杂，如发电机组、水泵、调节阀门等，其涉及多个领域的知识，包括机械、电气、电子、水力学等。水电站机电设备的故障会影响发电效率和安全性，甚至可能引起事故。《水电站机电设备故障分析与处理技术（机械分册）》对水电站的水轮机、发电机、调速系统和辅助系统等机电设备的故障原因及处理进行分析，其中水轮机故障分析包含转动部分、导水机构、水导轴承、丰轴密封以及金属埋件等，发电机故障分析包含定子与转子、机架与轴承以及辅助设备等，调速系统故障分析包含机械液压系统和油压装置，辅助系统故障分析包括供水和空气系统。本文参阅该书内容，对水电站机电设备常见故障及运维优化进行探讨。

故障分析是保障设备稳定运行的关键环节。水轮机是水电站中最核心的机电设备之一，其故障会严重影响水电站的发电能力和安全稳定运行。常见水轮机故障有：第一，叶轮损坏。水轮机叶轮是水流在转子上的动能转换部件，承受着巨大的水力冲击和离心力。长期运行后叶轮表面容易出现磨损，严重时可能出现叶片断裂、叶轮脱落等故障。第二，轴承磨损。水轮机轴承是支撑转子的关键部件，负责承受转子的重力和惯性力，长期运行后容易出现磨损和疲劳断裂等问题。第三，密封失效。水轮机密封件包括前轴封、后轴封、油封等，负责防止水和油从轴承处泄漏。经过长期运行，这些密封件容易出现老化、磨损等故障，可能导致泄漏和渗漏。以上故障均会导致水轮机的转速和转矩变化，影响水轮机的输出功率，严重时可能会导致水轮机失效。

发电机的主要功能是将水轮机转动产生的机械能转换成电能。其常见故障如下：第一，绕组故障。发电机绕组是电磁场产生的重要部件，容易受到电磁力的影响，长期运行可能导致绕组绝缘老化、开路、短路等故障发生。第二，轴承故障。发电机轴承用来支撑转子，长时间运行容易出现磨损和疲劳断裂等故障。第三，冷却系统故障。发电机的冷却系统包括风扇、水冷器等，容易受到腐蚀、堵塞等，从而导致发电机内部温度过高。第四，电刷故障。发电机电刷是导电部件，负责将电流从旋转转子传递到固定部件上，容易出现磨损、断裂，从而影响发电机输出功率和电压稳定性。

变压器负责将发电机产生的电能转换成合适的电压进行输送。受长期运行和环境等因素影响，变压器可能会出现故障，从而导致水电站电网电压不稳定或者瘫痪。常见变压器故障如下：第一，绝缘故障。变压器长期运行后容易出现老化、损伤等情况，从而导致绝缘破裂、放电。第二，短路故障。变压器内部的线圈和铁心接触不良或者损伤等情况，可能会导致变压器内部出现短路、变压器内部电流过大，严重时可能会使变压器烧毁。第三，油污故障。变压器内部的油是散热和绝缘的重要介质，运行过程中可能会因污染、氧化等导致油质变差，造成变压器温度过高，电压不稳定，严重时可能会导致变压器失效。第四，过载故障。变压器在工作中可能会因负载过大而出现故障，导致变压器内部电流过大，温度升高，影响变压器的稳定运行。过载故障还会影响变压器的寿命和安全性能。

针对上述机电设备故障，水电站可以采取以下措施进行运维优化：第一，设备巡检。巡检人员应制订合理的巡检计划，对机电设备进行定期巡检，及时发现故障和潜在问题，采取预防性维护措施。巡检内容应包括设备外观、设备运行状态、设备接线及电器元件、设备润滑及冷却系统、设备安全保护装置等。同时，巡检人员应对巡检工作进行详细记录，包含巡检时间、人员、内容、结果以及维护措施等。第二，数据监测与分析。工程人员应采用物联网技术和传感器设备对机电设备运行状态进行实时监测，获取数据并进行分析，及时发现故障和异常情况，提高故障诊断的准确性和速度。监测内容应包含设备温度、压力、电流、电压和转速等关键参数。第三，维护管理。水电站应构建完善的维护管理体系，包括责任分工、流程标准、制度规范等，以确保设备得到定期保养和检修，同时及时更新设备维护记录和运行数据，以便进行有效的维护管理和故障分析。第四，提升设备的安全性。水电站应安装温度传感器、压力传感器、安全阀、限位开关等安全装置，对设备进行监测和保护，防止设备因故障或异常操作引发事故。同时，设备管理人员应在设备周围设置安全标识，如安全提示、警示标识、紧急停机按钮标识等。

综上所述，水电站机电设备常见故障包括水轮机故障、发电机故障和变压器故障等，水電站应建立完善的设备维护管理体系，对设备进行定期维护和监测，对运行数据进行分析，及时发现设备异常问题，以确保水电站的正常运行和发电效率。

作者简介：王东（１９８１—），男，重庆人，重庆工贸职业技术学院智能制造学院副教授，研究方向为机电一体化技术应用