水輪機(jī)運(yùn)行中的故障分析及處理措施

吳永平

摘要：文中結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行中的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，并提出有效處理方法，進(jìn)一步強(qiáng)化水輪機(jī)的檢修工作，以確保其安全、穩(wěn)定運(yùn)行，順利實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī) 故障 處理 檢修

水力發(fā)電站基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化運(yùn)行，以遠(yuǎn)方控制、自動(dòng)化運(yùn)行為主，因此設(shè)備的日常保養(yǎng)與維修工作，過(guò)于依賴定期檢查手段，但是由于工作量大、任務(wù)繁重，再加上受到檢修人員專業(yè)水平、精力的限制，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的安全運(yùn)行角度來(lái)看，不能從根本確保設(shè)備的零故障運(yùn)行，仍存在一些問(wèn)題有待改善。因此，加強(qiáng)對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障分析，有針對(duì)性地采取處理措施，具有重要意義。

一、水輪機(jī)運(yùn)行中的故障與處理方法

1.水輪機(jī)出力不足

如果水輪機(jī)的導(dǎo)葉開(kāi)度沒(méi)有發(fā)生改變，同時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不相符，那么可確定出現(xiàn)水輪機(jī)出力故障，其力度明顯降低。一般發(fā)生該種故障的主要原因在于：

（1）水輪機(jī)水頭損失較大；

（2）電站尾水位有所增加；

（3）進(jìn)水口的攔污柵出現(xiàn)阻塞問(wèn)題或者在水輪機(jī)內(nèi)部的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)被雜物卡死。檢查水輪機(jī)的出力故障并采取處理措施，具體分析如下：

①查看水輪機(jī)在滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行下，是否發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)幅度較大現(xiàn)象；

②將攔污柵中的雜物及時(shí)清除，避免由于雜物阻塞而對(duì)機(jī)組出力造成影響；

③查看水輪機(jī)的導(dǎo)葉是否存在嚴(yán)重氣蝕，如果導(dǎo)葉的角度不相同，需要及時(shí)停機(jī)處理；

④一般情況下，發(fā)生水輪機(jī)出力不足現(xiàn)象，常伴有振動(dòng)、異響盛者大幅度的波動(dòng)等問(wèn)題，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷與處理。

2.軸承溫度偏高

出現(xiàn)軸承溫度過(guò)高問(wèn)題，應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)原因：

（1）軸承的冷卻水有所減少或者已經(jīng)中斷；

（2）油質(zhì)偏低，如油的清潔度問(wèn)題、運(yùn)行過(guò)程中的不適應(yīng)等問(wèn)題，都將對(duì)潤(rùn)滑效果產(chǎn)生影響，造成軸承的溫度提高；

（3）油槽缺油問(wèn)題；

（4）機(jī)組振動(dòng)或者擺度過(guò)大；

（5）發(fā)電機(jī)的軸承座對(duì)地絕緣不佳。應(yīng)對(duì)軸承溫度偏高問(wèn)題，可采取四種方法：

①對(duì)冷卻水的水流、水壓進(jìn)行日常檢查；

②查看油系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時(shí)加油；

③查看軸承是否存在異響，檢測(cè)軸承擺度水平；

④查看油質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量化驗(yàn)。如果油質(zhì)偏差，則需要停止設(shè)備運(yùn)行，換成新油。

3.水輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象

（1）機(jī)械安裝問(wèn)題

首先，由于特子質(zhì)量的問(wèn)題，可能造成不平衡現(xiàn)象，再加上慣性力的影響，主軸就會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，且軸變形越嚴(yán)重，振動(dòng)就會(huì)越明顯。在檢修過(guò)程中，需要將拆卸部件進(jìn)行重新檢測(cè)、安裝，才能從根本改善振動(dòng)問(wèn)題；其次，由于質(zhì)量失衡而產(chǎn)生離心慣性，造成轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間發(fā)生較大間隙，此時(shí)振幅有所增加；隨著動(dòng)力壓力的上升，就將對(duì)軸承產(chǎn)生推動(dòng)作用，進(jìn)而形成攖振，如果擺振過(guò)于嚴(yán)重，那么局部摩擦力增加，也會(huì)產(chǎn)生機(jī)組振動(dòng)；再次，有關(guān)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量不平衡問(wèn)題。機(jī)組的振動(dòng)情況與負(fù)荷的大小關(guān)系不大，但是與轉(zhuǎn)速的高低密切相關(guān)，一般是由于葉片發(fā)生變形、葉片重力不均勻等問(wèn)題引起，需要將機(jī)組的轉(zhuǎn)輪拆卸，開(kāi)展平衡檢查、測(cè)量葉片形狀，消除機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。

（2）水力平衡問(wèn)題

一方面，由于尾水管中發(fā)生水流漩渦，進(jìn)而造成水輪機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象；如果水力發(fā)生不平衡現(xiàn)象，那么振動(dòng)就會(huì)形成壓力脈動(dòng)，對(duì)機(jī)組造成擾動(dòng)作用，同時(shí)產(chǎn)生較大噪聲，也將對(duì)尾水管產(chǎn)生一定破壞力。一般情況下，可采取將補(bǔ)氣管安裝到尾水管的方法，避免水壓產(chǎn)生脈動(dòng)引起管壁振動(dòng)，以此消除漩渦；另一方面，如果水流或者雜物圍繞葉片流動(dòng)，那么葉片被卡住，可能在出口位置發(fā)生渦流，同時(shí)由于單導(dǎo)葉處于自由活動(dòng)狀態(tài)下，就會(huì)發(fā)生葉片和沖擊波的共振、水流不平衡等問(wèn)題，這時(shí)候機(jī)組就會(huì)發(fā)生異響，葉片的根部位置出現(xiàn)裂紋。此時(shí)將導(dǎo)水葉關(guān)閉并采取對(duì)應(yīng)處理措施，即可改善這一問(wèn)題。

4.油壓大幅度降低

如果水輪機(jī)的油壓大幅度降低，那么可能造成熔絲燒斷、油泵電動(dòng)機(jī)的油源中斷；同時(shí)，電動(dòng)機(jī)燒壞、螺桿損壞或者油管路發(fā)生裂紋等，都會(huì)引發(fā)油壓的變化。這種情況下，水輪機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，需要對(duì)油壓裝置中壓力表進(jìn)行查看，如果指示偏低，則應(yīng)采取處理措施：如果水輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)氣打壓處理；一般情況下，油壓設(shè)備以斷續(xù)式運(yùn)行為主，那么在運(yùn)行壓力的范圍之內(nèi)，可以結(jié)合回油箱的油位情況，將油箱中的空氣補(bǔ)齊，以此確保油箱中的油氣處于一定比例數(shù)值內(nèi)。如果發(fā)生故障或問(wèn)題，則應(yīng)該結(jié)合油壓設(shè)備的運(yùn)行管理進(jìn)行細(xì)致分析、檢查，排除故障隱患。

5.過(guò)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)

如果在電網(wǎng)的高壓線路運(yùn)行中發(fā)生故障，線路的電壓有所降低，就會(huì)形成三相不平衡負(fù)載問(wèn)題。如果水輪機(jī)組在獨(dú)立的小網(wǎng)之外運(yùn)行，那么供電負(fù)荷偏大，機(jī)組與用電線路并網(wǎng)運(yùn)行，一旦發(fā)生線路停電問(wèn)題，而用戶便用的負(fù)荷已經(jīng)與機(jī)組供電負(fù)荷較為接近，就會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下不能承受過(guò)負(fù)荷，主要由于絕緣材料、溫度提高的能力有限，因此可能對(duì)絕緣材料的壽命造成影響。實(shí)際上，絕緣老化需要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)程，絕緣材料會(huì)逐漸脆弱化，此時(shí)介質(zhì)的損耗有所增加，承受電壓強(qiáng)度的能力降低，因此盡量控制高溫作用的時(shí)間，以此降低對(duì)絕緣材料的損害。

二、水輪機(jī)運(yùn)行中的檢修方法

1.日常檢修

一般情況下，大多在枯水期實(shí)行水輪機(jī)檢修工作，盡量減少由于停機(jī)檢修而產(chǎn)生的發(fā)點(diǎn)損失；對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，只有保障一定的備用容量，才能開(kāi)展機(jī)組檢修工作；另一方面，由于定期檢修之前可以進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，因此考慮到水輪機(jī)可能存在的缺陷，有針對(duì)性地采取處理措施。但應(yīng)該注意的是，如果由于定期檢修工作不到位，而豐水期發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)故障或缺陷，將加大停機(jī)損失。因此如果只是小故障、小問(wèn)題，可以在枯水季節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一檢修與處理，爭(zhēng)取滿足豐水期的發(fā)電需求，更好地滿足運(yùn)行效益。

2.實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

強(qiáng)化水輪機(jī)的狀態(tài)檢修工作，主要應(yīng)用計(jì)算機(jī)藍(lán)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄、檢測(cè)、分析設(shè)備的運(yùn)行狀況、參數(shù)等。如果在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常現(xiàn)象或者故障問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)作出診斷，提出報(bào)告，為水輪機(jī)運(yùn)行提供保障。只有提高計(jì)算機(jī)傳感元件的可靠性，才能更好地保障數(shù)據(jù)真實(shí)性、全面性，為水輪機(jī)運(yùn)行中的故障檢測(cè)與處理提供支持，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、及時(shí)處理，強(qiáng)化故障處理效率。

總之，水輪機(jī)運(yùn)行中的故障是水電站必然面臨的問(wèn)題，如果水中存有大量的泥沙，不僅對(duì)設(shè)備產(chǎn)生磨削作用，還會(huì)造成氣蝕，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響。因此，在今后水輪機(jī)選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮抗磨損問(wèn)題，結(jié)合電站運(yùn)行的實(shí)際情況，選擇合適的機(jī)型，同時(shí)做好運(yùn)行過(guò)程中的檢修工作，將隱患扼殺在萌芽階段，保障水輪機(jī)穩(wěn)定、持久運(yùn)行。