水輪發(fā)電機(jī)組的故障與維修關(guān)鍵點分析

林厚疆

摘 要：本文在對水電站水輪機(jī)組的常見故障進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決方法與改善措施，希望能夠為相關(guān)的工作人員提供借鑒與參考，以便能夠更好實現(xiàn)對水輪發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機(jī)組；故障；維護(hù)

中圖分類號：TV734.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

伴隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，機(jī)械重工方面得到了進(jìn)一步的發(fā)展，對于機(jī)械問題進(jìn)行檢查的方式也有了長足的進(jìn)步。尤其是在水電站水輪發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場檢查方面，通過人工直接進(jìn)行現(xiàn)場檢查的方式已經(jīng)逐漸落伍，隨之而生的是新的監(jiān)測方式。通過網(wǎng)絡(luò)或者人工智能對水電站的故障進(jìn)行進(jìn)一步的排查監(jiān)測工作，已經(jīng)成為時代發(fā)展的一個重要趨勢。

1 水電站水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)與工作原理

組成水輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)成部分，主要分為定子、轉(zhuǎn)子以及勵磁裝置。在水電站中，水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是需要一段時間之后，才能夠進(jìn)行閉合。因此在這段時間之中，為了要防止水輪發(fā)電機(jī)在關(guān)閉時電網(wǎng)解列的過程中機(jī)組的轉(zhuǎn)速提升過快的問題出現(xiàn)，這就要求水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子要具有足夠強(qiáng)大的轉(zhuǎn)動慣量。在發(fā)電機(jī)進(jìn)行同步運行時，水輪發(fā)電機(jī)組中的勵磁繞組一定要通過直流電流，這樣才能夠產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，保證發(fā)電機(jī)在運行的過程中，磁場是能夠持續(xù)存在且有效的。水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在運行過程中，是通過水輪機(jī)帶動而運行的。主磁場的變動過程，變化規(guī)律相當(dāng)于正弦的變動規(guī)律。水輪發(fā)電機(jī)的主磁場與定子繞組進(jìn)行切割的過程中，就會在定子繞組中產(chǎn)生隨時間變化的正弦交流電動勢，從而進(jìn)行發(fā)電，這就是水輪發(fā)電機(jī)的工作原理。

2 水電站發(fā)電機(jī)組所出現(xiàn)的常見故障

目前我國的大型水電站所采用的發(fā)電機(jī)組，都是以磁子為轉(zhuǎn)子，而固定發(fā)電線圈、轉(zhuǎn)子的質(zhì)量過大，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)明顯的零件磨損。另外，超高的水壓也會給閉水閥門、壓力閥門等基礎(chǔ)設(shè)備造成損害。同時，一般的水電站在轉(zhuǎn)子開轉(zhuǎn)后是不能隨意停轉(zhuǎn)的，因為一旦要進(jìn)行全面停轉(zhuǎn)就必須對大壩進(jìn)行鎖閘，才能夠最有效地停轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組，在這種情況下，維修人員才能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)組進(jìn)行全面的故障檢修與零件更換。所以可以說在一般情況下，水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)不影響正常使用的磨損變形，并不會立馬進(jìn)行檢修，但這樣卻會加重零件的磨損，甚至?xí)斐蓢?yán)重的損失。

2.1 水輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷異常故障

水輪發(fā)電機(jī)在工作過程中，發(fā)電機(jī)所承受的電力載荷也是造成發(fā)電機(jī)損壞的重要原因，我國三峽大壩水利發(fā)電機(jī)組承載著三峽兩岸許多城市的電力需求，因此工作人員必須保證三峽水利發(fā)電機(jī)組的載荷不超過額定載荷。對于任何發(fā)動機(jī)來說，一旦負(fù)載超過了額定載荷，發(fā)電機(jī)中所流通的電流就會超過其額定數(shù)值，造成發(fā)電機(jī)過熱。同時水輪機(jī)與轉(zhuǎn)子的電流也會因為互感而高出額定數(shù)值。最終造成整個水輪發(fā)電機(jī)組中的電流過高，而電流過高則會造成發(fā)電機(jī)整個電路系統(tǒng)出現(xiàn)溫度升高、電阻增大等問題。輕則出現(xiàn)電路因過熱而燒壞的結(jié)果，重則會直接導(dǎo)致整個水輪機(jī)組報廢，甚至?xí)l(fā)電力火災(zāi)。

2.2 發(fā)電機(jī)組溫度異常造成故障

發(fā)電機(jī)組的發(fā)熱原因不止負(fù)荷過高這一點，最常見的發(fā)熱原因是因為轉(zhuǎn)子與定子之間或者轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸之間摩擦過大而導(dǎo)致摩擦發(fā)熱，這種發(fā)熱最有可能損壞的是轉(zhuǎn)子的摩擦表面。而另一種原因則是上文提到的負(fù)載過大導(dǎo)致溫度升高，升高的溫度又會導(dǎo)致電路的損壞甚至?xí)l(fā)電力火災(zāi)。另外，水輪發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境如果控制不當(dāng)，也會因環(huán)境改變而導(dǎo)致機(jī)器溫度異常，造成水輪機(jī)組的工作出現(xiàn)異常甚至報廢。

2.3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)故障

水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是整個水輪系統(tǒng)中最重要的部分，轉(zhuǎn)子既要起到推動水輪發(fā)電的作用，同時還要承載起輸電任務(wù)，因此可以說轉(zhuǎn)子是整個水輪發(fā)電機(jī)組中最繁忙、任務(wù)最重的部位。同時因為它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自身重量又非常大，即使是在正常運轉(zhuǎn)的情況下也會因為重量導(dǎo)致磨損。但回路斷線故障對轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)來說是毀滅性的破壞，因為如果轉(zhuǎn)子的回路一旦斷線，那么整個轉(zhuǎn)子就會進(jìn)入斷路狀態(tài)。因此在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上也有相應(yīng)的斷路保護(hù)系統(tǒng)，一但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷路，相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)就會收到失磁保護(hù)信號，相應(yīng)的報警系統(tǒng)也會啟動，但是盡管有如此全面及時的應(yīng)急系統(tǒng)，現(xiàn)代技術(shù)的缺陷仍然會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂這種情況的發(fā)生，畢竟我們目前所能用于生產(chǎn)的材料達(dá)不到要求，就必須要通過人力來進(jìn)行監(jiān)管，并及時修復(fù)，才能避免事故的發(fā)生。

2.4 水輪機(jī)組阻礙故障與甩頭故障

水輪機(jī)組運行最多的部位便是轉(zhuǎn)子，必須用潤滑油對水輪機(jī)轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行相應(yīng)的潤滑保護(hù)來減輕轉(zhuǎn)子的磨損。體型巨大的轉(zhuǎn)子需要用大量的潤滑油才能夠達(dá)到較好的潤滑效果，但是如果水輪機(jī)組內(nèi)的潤滑油超過其額定承載范圍，發(fā)電機(jī)就會出現(xiàn)甩油現(xiàn)象。一旦轉(zhuǎn)子將潤滑油甩出，主要會造成兩種問題：第一點是因為轉(zhuǎn)子缺少潤滑油而導(dǎo)致摩擦力增大出現(xiàn)磨損，甚至轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動也會受到很大影響，使轉(zhuǎn)子不能夠正常運轉(zhuǎn)；第二點是甩出的潤滑油在溫度相對較高的水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)很可能會被點燃，而一旦潤滑油被點燃則會造成非常恐怖的后果。所以必須對水輪機(jī)轉(zhuǎn)子的潤滑系統(tǒng)進(jìn)行隔離保護(hù)，在防止水輪機(jī)甩出潤滑油的同時保證水輪機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。

3 水電站水輪發(fā)電機(jī)組的維護(hù)技術(shù)

3.1 信息融合水輪發(fā)電機(jī)組故障檢測技術(shù)

發(fā)電機(jī)組非常容易出現(xiàn)突發(fā)情況，要想保證水輪發(fā)電機(jī)組不出故障正常運轉(zhuǎn)，必須對發(fā)電機(jī)進(jìn)行多次檢查。目前，信息融合水輪發(fā)電機(jī)組故障檢測技術(shù)應(yīng)用比較廣泛。信息融合水輪發(fā)電機(jī)組故障檢測技術(shù)可以完美的應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)組局部故障檢測，該技術(shù)主要會利用兩個子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且分別采用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，總平方誤差目標(biāo)為0.02，置信門限為0.95。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)輸出數(shù)據(jù)為該技術(shù)輸出結(jié)果的重要反映，比如轉(zhuǎn)子不平衡顯示為0，那么就代表該部分沒有發(fā)生故障，尾水管偏心渦帶的輸出數(shù)據(jù)為1，這就表明這一部分發(fā)生了故障。總之，當(dāng)輸出節(jié)點為“1”時表示局部有對應(yīng)的故障發(fā)生；當(dāng)輸出節(jié)點為“0”時表示局部沒有對應(yīng)故障發(fā)生。總之，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和D-S證據(jù)理論相結(jié)合的信息融合水輪發(fā)電機(jī)組故障檢測技術(shù)具有比較良好的效益。并且該技術(shù)能夠有效地提升故障的確診率，從而使診斷結(jié)果具有更高的可靠性和精確性。

3.2 反向選擇故障判別算法

目前我國所能生產(chǎn)的最高質(zhì)量的水輪機(jī)零件，依然不能與發(fā)達(dá)國家的水平工藝相比。這就需要我們依靠相對應(yīng)的反向選擇算法進(jìn)行排查故障。其是實現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組由“計劃檢修”向“狀態(tài)檢修”轉(zhuǎn)變的必備條件。水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)異常或故障時，監(jiān)測信號會表現(xiàn)出奇異性的特征。傳統(tǒng)意義上的故障識別方法存在很多局限性，不能夠快速的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的故障。反向選擇算法是建立在免疫原理基礎(chǔ)上的，這是一種比較先進(jìn)的人工智能算法，是一種很有潛力的水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷方法。該技術(shù)可以利用“自己—非己”的識別模式。對所涉及的設(shè)備信號進(jìn)行判別，檢測其是否處于正常的狀態(tài)。總之，基于反向選擇算法的水輪發(fā)電機(jī)組故障判別方法具有良好的效果。

結(jié)語

總之，水輪發(fā)電機(jī)組的故障與維護(hù)是非常重要的，要想在這方面的工作中有所提高，就要不斷地對工作的人員進(jìn)行培訓(xùn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高技術(shù)水平，從而在學(xué)習(xí)的過程中保證水電站水輪發(fā)電機(jī)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳德勇.中小型水電站水輪發(fā)電機(jī)組常見故障與檢修研究[J].機(jī)電信息，2015（9）：57，59.