水力發(fā)電機組故障預測及維護探討

摘 要：水力發(fā)電機組屬于大型的工業(yè)機組，其運行功率比較大，同時內(nèi)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(fā)展日新月異，多數(shù)機械設備在其運行過程中難免發(fā)生振動，從而引發(fā)無法避免的故障。水力發(fā)電機組也不例外，導致其產(chǎn)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(chǎn)生的振動危害將直接影響水力發(fā)電機組的正常運行，甚至直接影響到發(fā)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(chǎn)生故障的主要原因。文章主要針對水力發(fā)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(fā)電機組；故障預測；維護

引言

近年來，我國水力發(fā)電廠的建設數(shù)量及規(guī)模都開始不斷提升，大多數(shù)新建設的水力發(fā)電機組開始投入運行。然而由于多方面的原因，水力發(fā)電機組很容易產(chǎn)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(fā)電機組的運行穩(wěn)定性變差，導致發(fā)電機組的振動擺度嚴重超標，從而直接損傷機組的內(nèi)部機械零件，造成嚴重的運行故障，對水力發(fā)電機組的運行穩(wěn)定及安全造成嚴重的影響[1]。因此就必須要做好對水力發(fā)電機組的故障預測，充分的挖掘其產(chǎn)生故障時的狀態(tài)監(jiān)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(fā)電機組的故障預測及維修奠定基礎。

1 水力發(fā)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(fā)電機組屬于電力系統(tǒng)當中最為關鍵和核心的機械設備，因此發(fā)電機組所具備的可靠性將直接影響到電網(wǎng)運行的可靠性，因此必須針對發(fā)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(tǒng)的可靠性分析以及基于狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的故障預測方式。采用傳統(tǒng)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(fā)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(jiān)測信息以及其他環(huán)境狀態(tài)變量等多方面的信息[2]。而相比狀態(tài)維修技術而言，狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，盡可能發(fā)掘出可靠信息來進行統(tǒng)計。所以，對狀態(tài)監(jiān)測的故障預測法，能夠有效預測一些區(qū)間相對較短的故障，但難以滿足系統(tǒng)維修和規(guī)劃的發(fā)展需求。

1.2 兩種預測方法的結合和統(tǒng)一

以上可知傳統(tǒng)的可靠性分析法和狀態(tài)監(jiān)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(tài)監(jiān)測信息以及可靠性數(shù)據(jù)故障預測模型法，這種綜合性的方法本身對機械系統(tǒng)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(shù)設計。然而，在針對設備故障間隔數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)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(xié)變量模型來預測其故障率。

1.3 監(jiān)測水力機組運行的穩(wěn)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(diào)準確和合理，因為需要準確的獲取到水力發(fā)電機組各部位的運行參數(shù)及運行狀況，否則將直接導致試驗結果數(shù)據(jù)產(chǎn)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(shù)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(jiān)視多種不同因素影響下的振動情況，得出危機運行穩(wěn)定性的準確數(shù)據(jù)。（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(shù)據(jù)相疊加才能達到試驗目的，具體有調(diào)相試驗、變負荷試驗、暫態(tài)試驗以及變轉速試驗等等。

2 水力發(fā)電機組的維護和故障消除

一般來說，水力發(fā)電機組產(chǎn)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(tǒng)、過流部件以及機組電磁振動等多個方面所產(chǎn)生的影響進行綜合考慮。

2.1 水力發(fā)電機組振動故障的原因及處理

水力發(fā)電機組產(chǎn)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(zhì)量沒有處在一種平衡的狀態(tài)，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(chǎn)生一系列的摩擦所致。其中，轉子的質(zhì)量平衡性是導致其本身重心同軸線產(chǎn)生偏心距的主要原因，從而直接導致機組產(chǎn)生相應的振動。而機組方面的軸線不正最終將引發(fā)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(fā)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(xiàn)一系列的短路情況。這種情況的出現(xiàn)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(chǎn)生故障。

對于水力發(fā)電機組故障處理，主要有以下幾點：（1）需要判斷其產(chǎn)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(fā)現(xiàn)其下導軸承的軸固定螺釘呈現(xiàn)斷裂趨勢，上導軸也將產(chǎn)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(zhì)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(fā)電機組故障消除辦法

由于水力發(fā)電機組的組成部件繁多，各部件必須在最優(yōu)工況下運行，才能有效保障水力發(fā)電機組的工作效率。而水力發(fā)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(fā)非常嚴重的事故發(fā)生。因此需要仔細檢查機組的裝置是否存在相應的穩(wěn)定性因素，同時對機架做好穩(wěn)定性檢查，嚴格檢查內(nèi)部的固定性是否牢固，一旦發(fā)現(xiàn)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(wěn)定性監(jiān)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(fā)電機組的不穩(wěn)定情況。比如采用錯頻的方式就能很好的針對水力發(fā)電機組的不穩(wěn)定情況加以改善。

3 結束語

綜上所述，水力發(fā)電機組對于水力發(fā)電站來說非常重要，必須要盡可能的保障水力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行，這是必須著重解決的問題。一般其產(chǎn)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(fā)電機組的穩(wěn)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(fā)電機組的穩(wěn)定性，從而促使其創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]馮鐵成.水力發(fā)電機組運行穩(wěn)定性監(jiān)測與故障探究[J].機電信息，2013，12：58-59.

[2]聶學東.關于水力發(fā)電機組狀態(tài)檢修的一些看法[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，18：98.

[3]莊愛寧.水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)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(fā)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(fā)有限公司，職務：值班員，研究方向：科學。