水力發電機組故障預測及維護探討

摘 要：水力發電機組屬于大型的工業機組，其運行功率比較大，同時內部的結構也相對復雜，操作起來要求具備比較高的技術水平。如今科技的發展日新月異，多數機械設備在其運行過程中難免發生振動，從而引發無法避免的故障。水力發電機組也不例外，導致其產生振動故障的原因有很多，相應的危險程度本身也具備很大的不同之處。其產生的振動危害將直接影響水力發電機組的正常運行，甚至直接影響到發電機組的使用壽命，所以必須要清除此類障礙，以此來找出導致其產生故障的主要原因。文章主要針對水力發電機組的故障進行分析和預測，并在此基礎上推出相應的維護方法和策略以供參考。

關鍵詞：水力發電機組；故障預測；維護

引言

近年來，我國水力發電廠的建設數量及規模都開始不斷提升，大多數新建設的水力發電機組開始投入運行。然而由于多方面的原因，水力發電機組很容易產生故障，比如在水電廠設備進行制造、安裝等一系列過程中存在問題等。這些都將直接導致發電機組的運行穩定性變差，導致發電機組的振動擺度嚴重超標，從而直接損傷機組的內部機械零件，造成嚴重的運行故障，對水力發電機組的運行穩定及安全造成嚴重的影響[1]。因此就必須要做好對水力發電機組的故障預測，充分的挖掘其產生故障時的狀態監測信息，從而有效的收集到其對故障風險預測最有價值的信息，為發電機組的故障預測及維修奠定基礎。

1 水力發電機組故障預測具體方式

1.1 兩種預測方法的不足之處

發電機組屬于電力系統當中最為關鍵和核心的機械設備，因此發電機組所具備的可靠性將直接影響到電網運行的可靠性，因此必須針對發電機組設備的可靠性進行預測和維護，以此來提升其可靠性能及有效的使用壽命。針對水電機組故障預測的方式具體有兩種，即為傳統的可靠性分析以及基于狀態監測數據的故障預測方式。采用傳統的故障分析法，主要需要針對設備的故障間隔以及平均維修間隔進行研究分析。但是這種方式在對發電機組進行故障預測分析時，嚴重忽略了相應的維修效果，監測信息以及其他環境狀態變量等多方面的信息[2]。而相比狀態維修技術而言，狀態監測數據本身是進行故障預測和診斷的主要資源，需要嚴密結合狀態監測數據，盡可能發掘出可靠信息來進行統計。所以，對狀態監測的故障預測法，能夠有效預測一些區間相對較短的故障，但難以滿足系統維修和規劃的發展需求。

1.2 兩種預測方法的結合和統一

以上可知傳統的可靠性分析法和狀態監測信息故障預測法都存在著相應的不足之處，如今相關學者提出了全新的理念，兼顧狀態監測信息以及可靠性數據故障預測模型法，這種綜合性的方法本身對機械系統來說具有非常大的研究及應用價值。需要綜合考慮設備故障時造成影響的故障診斷值，并且可以在此基礎上直接采取最大似然法來進行模型的參數設計。然而，在針對設備故障間隔數據方面出現嚴重缺乏的情況，同時也沒有一種有效的模型，因此被直接提出比例協變量模型來預測其故障率。

1.3 監測水力機組運行的穩定性

需要從以下幾個方面來進行：（1）設置相應的試驗測點，試驗測點方面的設備必須要強調準確和合理，因為需要準確的獲取到水力發電機組各部位的運行參數及運行狀況，否則將直接導致試驗結果數據產生偏差，從而無法全面有效的對設備進行診斷和分析。（2）設置分析水力機組振動測點，需要對運行機組的震動情況進行合理化的計算和設計，并且對其震動位移的數值進行評估，以此來針對其導軸承和推力軸承座、水力機械頂蓋等多種裝置開展實際的測量，以此來監視多種不同因素影響下的振動情況，得出危機運行穩定性的準確數據。（3）開展實際工作試驗，通常實測試驗階段，需要進行多個試驗，將所有試驗數據相疊加才能達到試驗目的，具體有調相試驗、變負荷試驗、暫態試驗以及變轉速試驗等等。

2 水力發電機組的維護和故障消除

一般來說，水力發電機組產生故障大都是由于機組振動所致，而振動源主要來自于水力、電磁以及機械等多個方面[3]。因此需要充分的考慮機組自身的旋轉和固定，同時還必須要對流體水壓方面的引水系統、過流部件以及機組電磁振動等多個方面所產生的影響進行綜合考慮。

2.1 水力發電機組振動故障的原因及處理

水力發電機組產生振動故障的原因主要有以下幾個方面：（1）機械振動。這種振動是所有振動故障當中比較常見的一種類型，主要是因為轉子的質量沒有處在一種平衡的狀態，同時機組方面的主線也不夠端正，從而導致軸承自身具備嚴重缺陷，進而產生一系列的摩擦所致。其中，轉子的質量平衡性是導致其本身重心同軸線產生偏心距的主要原因，從而直接導致機組產生相應的振動。而機組方面的軸線不正最終將引發振動故障，不過，通常都不嚴重。（2）水力振動。這種振動故障比較常見，引發振動的主要原因還是水力不平衡、空氣腐蝕以及卡門渦流等。（3）電磁振動。這種振動故障一般都是由于其定轉子的間隙不均勻所致，而相應的定轉子磁場軸線并沒有重合，導致其勵磁繞組間出現一系列的短路情況。這種情況的出現將直接引起定、轉子之間的間隙磁通量嚴重不均勻，最終導致機組產生故障。

對于水力發電機組故障處理，主要有以下幾點：（1）需要判斷其產生振動的具體原因，可以直接從多個方面和角度來進行試驗和分析。由于機組當中包含多個導軸系，在其運行一段時間之后，其上導軸的振動情況將變得比較嚴重，在停機之后會發現其下導軸承的軸固定螺釘呈現斷裂趨勢，上導軸也將產生裂紋。所以就需要嚴密檢查機組當中的各個零部件，例行檢查工作不能懈怠。（2）采取故障檢測試驗來查找和分析，比如可進行振動試驗來找出機組振動情況加劇的主要原因，也可再次進行轉速試驗來分析轉子質量的平衡性。另外，還需配合勵磁電流試驗、帶負荷等試驗同時進行[4]。

2.2 水力發電機組故障消除辦法

由于水力發電機組的組成部件繁多，各部件必須在最優工況下運行，才能有效保障水力發電機組的工作效率。而水力發電機組的振動對于其本身的安全運行也起到了較為直接的影響，一旦其無法進行合理有效的控制，必然會引發非常嚴重的事故發生。因此需要仔細檢查機組的裝置是否存在相應的穩定性因素，同時對機架做好穩定性檢查，嚴格檢查內部的固定性是否牢固，一旦發現存在松動的隱患，應當立即進行加固處理。而針對導軸承則需要進行穩定性監測，定期觀察是否存在隱患缺陷。做好轉輪的檢查工作，觀察和其他部件的連接是否正常，連接點一旦存在故障應當立刻進行重新安裝連接。另外，也可以采取改變運行條件的方式來盡可能的避免水力發電機組的不穩定情況。比如采用錯頻的方式就能很好的針對水力發電機組的不穩定情況加以改善。

3 結束語

綜上所述，水力發電機組對于水力發電站來說非常重要，必須要盡可能的保障水力發電機組的穩定運行，這是必須著重解決的問題。一般其產生故障的原因大部分都是由于振動所致，所以要想保障水力發電機組的穩定高效運行，就必須要做好維護和故障預測判斷，以此來保障水力發電機組的穩定性，從而促使其創造出更大的經濟效益。

參考文獻

[1]馮鐵成.水力發電機組運行穩定性監測與故障探究[J].機電信息，2013，12：58-59.

[2]聶學東.關于水力發電機組狀態檢修的一些看法[J].科技創業家，2013，18：98.

[3]莊愛寧.水輪發電機組狀態監測與故障診斷方法[J].機電信息，2012.

[4]欒春林，喬木，周芟杉.水輪發電機組智能化振動保護策略研究[J].大電機技術，2014，5：45-49.

作者簡介：彭立（1987-），男，重慶市石柱縣人，工作單位：重慶大唐國際武隆水電開發有限公司，職務：值班員，研究方向：科學。