水电厂水轮发电机组检修及维护

广西泓源电力有限公司宜州水力发电厂 韦 斌 梁思宁

水轮发电机组是水电厂的核心设备，主要作用是将水流动能转换为电能，其正常运行是电厂安全、稳定、高效运行的基础[1]。因此，确保水轮发电机组正常运行显得尤为重要。要确保水轮发电机组正常运行，对其进行日常的检修和维护是非常必要的。本文结合某水力发电厂多年的检修及维护经验，分析水轮发电机组常见主要故障及其解决方法，并从管理学角度提出日常检修及维护措施，以期为同行提供借鉴。

1 水轮发电机组的结构及其运行影响因素

1.1 水轮发电机组的结构

水轮发电机组主要部件有定子、转子和励磁装置等[2]。定子主要是稳定水轮发电机组，由机座、铁芯和绕组等组成。转子保证发电机组稳定运转，主要结构有轮毂、风扇和主轴装置等。励磁装置为转子提供磁场，使转子与定子间有稳定的磁场，确保水轮发电机组正常运行。

1.2 水轮发电机组运行影响因素

机组质量、安装、运行条件、检修、维护等都会影响水轮发电机组的正常运行。例如，机组质量不合格，投入运行后易发生故障；再如安装工艺达不到标准，同样影响机组运行。因此，严格把好机组质量关和严格执行安装流程，是保证机组运行的先决条件。

运行条件也是影响机组运行的重要因素之一。如机组的过电压、过负荷运行等都会加速绝缘的老化，水流的气蚀会加速破坏叶片，振荡也对机组产生危害。检修与维护同样是影响机组运行关键因素之一。在实际工作，机组受损大多是由于不恰当的维护造成，例如使用变质的机组油，由于油的绝缘或润滑性降低，造成机组受损；此外，不合理的运行以及不当的操作，例如非同期并网，也会破坏机组。

2 水轮发电机组常见故障

2.1 高温故障

水轮发电机组长期运行会产生大量的热量，导致转子、铁芯、定子、轴承等温度过高。温度过高产生不利影响，造成发电机组运行不正常。例如，轴承温度过高，内置于发电机组的调速器可能发生紧急制停，导致机组出现故障而停机[3]。

水轮发电机组出现高温情况，要及时降温，最大限度降低负面影响。同时，加强温度检测，分析高温原因，评估是否属于正常发热，以免做出错误判断。此外，要加强日常维护，及时掌握设备温度变化，防止温度过高。

2.2 超负荷故障

超负荷是指定子部分的电流是额定电流的1.1倍以上[4]。超负荷运行的机组会打破设备过载保护，造成故障，从而无法正常运行。短暂超负荷运行影响不大，但长时间超负荷运行会对设备产生明显的不利影响，降低了发电效率。超负荷也是常见水轮机电组故障之一。

水轮发电机组出现超负荷时会自动报警，此时必须及时处理，一要检查各种影响发电机组功率的因素是否在额定范围内，若不在则应立即进行调试以降低负荷；二要及时处理发电系统故障，因为这些故障易导致发电机组瞬时过载故障，影响水电站的正常运行。

2.3 转子接地故障

长期运行的机组，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等因素，造成转子对地绝缘水平降低，引发转子接地故障。以上是水轮发电机组常见的故障，分为转子一点接地和转子两点接地（如图1所示）。

图1 转子接地电路示意图

从图1中可以看出，当转子一端接地时，由于未形成回路，电流没有分流，流经各个转子绕组（R1、R2、…Rn）的电流（I）是相等的，因此各个转子绕组受到定子引力也是相等，转子转动时仍能保持平衡状态，机组不发生振动，发电机组运行正常。当转子两点接地时，由于接地1和接地2形成了回路，电流也分流（形成I1、I2），流经转子绕组R2的电流（I1）和其他转子绕组如R1、Rn的电流（I）不相等，因而其所受到的定子引力不相等，这种不平衡会导致转子发生振动，造成定子和转子发生碰撞而导致电机受损。

此外，两点接地还引发其他严重后果，一是当转子电流比较大时，会出现过热烧坏转子和造成转子铁芯被磁化；二是电流通过转子引起局部发热，使转子发生缓慢变形成偏心，进一步加剧振动；这些均会造成发电机组无法正常运行[5]。因此，当发现转子一点接地时，应该立即采取措施，投入两点接地保护或停机，以消除故障。

2.4 空蚀故障

空蚀是指在压力变化条件下，与流体作相对运动的过流工件表面发生腐蚀破坏的现象[6]。空蚀是水轮发电机组运行中常见的故障之一。空蚀对水轮发电机组危害极大。

一是直接破坏过流部件特别是叶片。轻度空蚀会使转轮叶片表面侵蚀成麻点、粗糙不平，严重空蚀呈海绵状，甚至使转轮叶片穿孔、掉块。

二是降低水轮机效率[7]。空蚀故障本身不利于水轮机的运行，当造成叶片表面破损后，会加大水轮机的摩擦损失，同时影响水轮机运行时水的流态，降低水轮机的效率。

三是缩短了检修周期，增加了检修成本。因此，必须重视水轮机空蚀故障，每年至少对水轮机进行空蚀检查一次，主要检查叶片、轮毂、转轮室、流道等部位，以确保水轮发电机组正常运行。

2.5 甩油故障

水轮发电机组在运行过程中，经常出现不同程度的甩油现象，原因可归纳以下几种。一是水轮发电机组的长时间高负荷运行；二是机组设备中的油箱加油过多；三是油箱顶盖螺丝松动，密封性降低。由于油属于易燃易爆化学品，甩油最大的风险是容易导致火灾故事的发生。同时，甩油还会造成定子温度升高、增加定子线圈保养难度、降低定子绝缘水平、引发定子线圈接地进而发生相间短路等。因此，机组一旦出现甩油，检修和维护人员必须立即进行排查处理、排除风险。

3 检修和维护管理措施

3.1 提高检修和维护人员的专业水平

检修和维护人员的专业水平是水轮发电机组正常运行的重要保障。因此，必须提高检修和维护人员的专业水平。一是招聘专业的技术人员从事检修和维护；二是利用各种途径加强对现有的检修和维护人员进行培训，如定期和不定期的专业技术培训，包括由厂内有经验的技术人员或其他水电厂的老师为技术人员进行培训；三是有计划地组织专业技术人员到学校、培训机构或其他水电厂学习；四是在水轮发电机组发生故障时，组织现场检修和维护会，通过查找故障、分析故障及解决故障，形成现场教学培训。此外，还必须加强对技术人员的考核，使其不断地有学习的压力，以适应新时期水电厂水轮发电机组的检修和维护要求。

3.2 定期检修和状态检修相结合

检修对于确保水轮发电机组的正常运行至关重要，通过定期检修和状态检修相结合的方式可及时发现机组存在的问题并修理，确保设备正常运行。

定期检修是例行检修，目的是保持水轮发电机组的正常运行，减少故障发生。定期检修应根据设备运行的特点和实际情况来制定检修计划，确保设备得到全面、准确地检修。根据水轮发电机组检修规模和停用时间，定期检修实行分级管理（见表1）。定期检修时间通常根据机组发生故障的周期来确定，鉴于水电厂受到季节影响，一般在枯水期检修，因为枯水期发电机组发电频率低，有利于减少经济损失。定期检修应当提前对机组的故障进行判定，尽可能将各种故障隐患及时排查和检修，使机组的损失降到最低。

表1 水轮发电机组定期检修的分级管理

状态检修也称作诊断检修，是利用计算机对机组运行状态进行实时在线监测和分析，评估机组状态，判断是否正常运行。状态检修可以提前了解机组运行状况，防止故障进一步加剧。特别重要的是，状态检修是基于计算机系统的实时在线监测和科学信息管理系统的结合，可有针对性地开展检修，缩短诊断时间，提高工作效率。鉴于状态检修主要依托于计算机系统，受干扰较少，因此只要保证计算机系统安全可靠，即可保证水轮发电机状态检修结果的可靠性。为了更好地进行状态检修，特别是对一些重要部件检修，应当安装两个具有自动传输功能的传感软件，以防一个软件出现故障时仍有一个可用，确保检修不受影响，也不影响机组的正常运行。

3.3 加强发电机组的日常维护

加强日常维护也是保障水轮发电机组正常运行的重要举措。首先是从制度上保证落实。检修和维护人员应当增强责任意识并确保各项措施得到落实。其次，在实际工作中应做到“点”“面”结合。“面”是指整体情况，如定期清理环境卫生、减少积水、保持设备整齐干净等。“点”指的是对某种设备或部件进行维护，如对更换清理油泵、定期清扫汽水分离器、为调速器杠杆连接处注入机油、更新部分零部件并保养等。这些维护有利于确保水轮发电机组的稳定、安全运行，进而保障水电厂的正常发电。

4 结语

水轮发电机组设备的稳定运行是水电厂正常发电的重要保障。要使水轮发电机组设备的稳定运行，检修和维护是极为重要的，也是必要的。只有做好检修和维护工作，才能防止水轮发电机组发生故障，确保其始终保持安全、稳定、可靠地运行，从而确保水电水厂正常运行，为社会提供更加稳定的电能。