水輪發電機組常見故障及維護措施研究

劉綱

摘要：水電廠水輪發電機組是比較復雜的，其中涉及電氣以及機械兩個部分，并包括水系統、氣系統以及油系統等輔助設備。水輪發電機在實際運行過程中會受到諸多因素的影響，容易出現故障，使得水輪發電機組的運行受到限制，不能正常供應電能。文章對水電廠水輪發電機組常見故障及維護進行了探討。

關鍵詞：水電廠;水輪發電機組;常見故障;機組維護;電力系統

當前社會經濟穩步提升，水電廠的建設也逐漸加強，水電廠的工作任務基本上是靠水輪發電機實現的，如果水輪發電機出現故障，將影響整個水電廠的安全生產。水輪發電機作為一種機電設備在長期的運行狀態下是無法避免故障出現的，因此在水電廠中，就需要明確水輪發電機組常見的故障，并積極有效地檢修維護。檢修人員也需要強化自身的能力水平，及時發現故障并排除，使水輪發電機組能夠穩定、安全運行。

1 水電廠水輪發電機組的構成及原理

水電廠的水輪發電機組主要是由定子、轉子以及勵磁裝置構成的。其中定子中包括定子機座、定子鐵芯以及隔震結構。轉子中包括主軸、輪轂、輪臂、風扇、磁輪、磁極、端壓板以及制動閥板等。

由于水電廠水輪發電機組的導水機構在關閉時需要一段時間，因此為了避免關閉時水輪發電機的機組轉速提高，就需要保證水輪發電機轉子的轉動慣量足夠大。

這就導致水輪發電機的轉子比較笨重，發電機運行時，機組中的勵磁繞組需要通過直流電流進而形成磁場，供水輪發電機運行需要。勵磁繞組提供的系統中主要涉及勵磁電源、調節器、繞組等設備，可以稱作勵磁裝置。

水輪發電機中，水輪機帶動轉子，將勵磁電源以及勵磁繞組提供給發電機，使得水輪發電機中定子與轉子之間出現氣隙，也就是旋轉磁場，被稱為水輪發電機的主磁場。該磁場依據時間的正弦規律進行變化，如果水輪發電機的主磁場與定子繞組需要切割時，定子繞組中就會出現正弦交流電動勢，并且隨時間發生變化，進而進行發電。

2 水電廠水輪發電機組的常見故障

水電廠水輪發電機組在運行過程中，由于發電機自身和環境等因素的影響，容易出現一些故障。比如發電機工作時參數出現變化，超出正常工作范圍等，雖然出現這種情況不會給發電機造成嚴重的影響，但是如果發電機長時間帶著故障運行，就容易出現工作誤差，將造成極為不利的后果，發電機的運行安全也會受到威脅。

2.1 電氣部分的故障

首先，水輪發電機超負荷的工作。水輪發電機運行時，如果定子電流大于額定1.1倍，就會打破發電機的超負荷保護，出現報警提示。需要水電廠的工作人員處理問題，保證發電機能夠恢復到正常的工作狀態。若水輪發電機組在實際運行中沒有問題，需要減少發電機發出的勵磁電流以及無用功率。如果水輪發電機工作中適用的功率比較低，又需要保證發電機功率因數處于正常范圍，就需要減少發電機的功負荷。減少發電機勵磁電流依舊不能將定子電流的值降到規定范圍內，也可以采用上述方法。水輪發電機組在工作過程中如果系統出現的問題，短時間內發電機是可以超負荷運行的，但是超出的范圍需要保證控制在廠家規定的范圍內。

其次，發電機轉子接地。水輪發電機組轉子出現的故障主要有兩種：一種是轉子一點接地;另一種是轉子回路兩點接地。轉子回路兩點接地就是在發電機工作過程中出現回路，電流會流經故障點。而一點接地的轉子在發電機工作時不會出現電流回路，電流不會通過故障點。發電機組的勵磁系統在短時間內還是可以正常工作。但是水輪發電機組是一點接地，因此會改變發電機轉子的正負極，進而出現轉子兩點接地的問題，轉子的作用無法充分發揮，使得水輪發電機組的轉子過熱，或者是出現震動等問題。

再次，水輪發電機溫度過高。在實際運行中，水輪發電機組中的定子、轉子以及鐵芯等都會出現溫度過高的情況，需要技術維修人員對過熱現象及時檢查處理。

最后，定子接地問題。水輪發電機組的定子接地問題可能是定子繞組出現回路或是直接對定子繞組回路連接的單相接地出現短路。定子接地可以分為三種，即瞬時接地、斷續接地和永久接地。

2.2 機械部分的故障

首先，發電機出現了強震的情況。水輪發電機組在運行過程中經常會出現發電機強烈震動的情況，由于這種問題沒有明顯的特征，因此不容易被發現，要排除難度就比較大，發電機強烈震動會影響其正常運行，并且導致水輪發電機組機械零部件等的使用壽命縮短。其次，發電機的電網穩定性。當前科學技術水平逐步提高，電網中水電廠水輪發電機組的數量也逐漸增多，水輪發電機組的年平均發電的時間增加，但是檢修的時間以及次數卻減少，如果水輪發電機組出現問題導致停機，將造成極為嚴重的經濟損失。

最后，水輪發電機出現空蝕的情況。如果水輪發電機出現空蝕的情況將使機組零件受到嚴重的損壞，這也是水輪發電機出現問題的重要原因。水輪發電機出現空蝕的情況會降低水輪發電機的經濟性以及安全性，因而機組零件的受損程度將對水輪發電機修理的程度產生影響。

3 水電廠水輪發電機組的維護策略

通過對水電廠水輪發電機組常見故障的分析，要處理故障就需要做好水輪發電機的檢修與維護故障，及時分析水輪發電機組運行中的隱患，及時對破損的零部件進行更換，保證水輪發電機組能夠正常運行。

3.1 科學地檢查水輪發電機組

要使水輪發電機組的故障發生幾率減小，就需要及時對發電機組進行檢查，具體如下：明確水輪機的外殼有無開裂，是否完好，螺栓連接是否牢固。調速器、傳動裝置等是不是能夠靈活地運行，與聯軸器有效的連接，傳動帶的接頭是牢固的，其松緊度也能夠與發電機的運行需要相適應。對全部的閥門以及導葉進行檢查，保證其處于正常開關狀態。各個軸承以及潤滑的位置按照要求潤滑，油質以及油面都滿足實際需要。

電氣設備檢查如下：保證發電機以及控制屏的接線是安全的，檢查絕緣是否存在破損。將發電機的轉子轉動，觀察判斷是否存在異常的撞擊和摩擦聲響。檢查電刷與換向器之間的接觸是否良好，保證電刷的壓力合適，刷握過程中檢查各個開關能否靈活地分合，將全部熔斷器的熔體插上。控制屏上面的開關位置是正確的，發電機是空載狀態的。

3.2 強化水輪發電機的維護

結合水輪發電機組的實際情況，定期進行清理，使水輪發電機組干凈整潔，周圍沒有雜物和積水，并將影響水輪發電機組正常運行的問題及時處理。要定期對壓油裝置的油泵進行切換，避免電動機受潮。定期給調速器杠桿連接位置注油，避免出現銹蝕的情況。汽水分離器也需要定期清掃、放水，避免有雜物將其堵住。備用機組要進行橡膠水導軸承備用潤滑水的投入試驗。為蝶閥軸承定期注油。如果河流中泥沙比較多，還需要對軸承、轉輪以及導葉等受泥沙磨損情況進行觀察。如果是北方的水電廠，還需要避免冰凍損壞水輪機的轉輪葉片。

3.3 提高管理人員水平

要定期對水電廠的技術以及管理人員進行教育培訓，使其掌握更加豐富的理論知識，能夠對發電機組中出現的故障科學分析，提高其操作水平以及技能。教育培訓過程中，對于養護、檢修、故障處理等不同工作人員制定針對性的培訓計劃以及活動，可以開展現場的技術問答、講座、實際操作、基本功表演等。通過老帶新的方式培訓新進入水電廠的工作人員。在對發電機進行監督管理時，還需要完善的管理制度以及值班方式，有專門的工作人員負責，并對其具體分工。在現場運行的章程中需要明確規定“無人值班，少人值守”管理制度設備巡回檢查制度。

4 結語

總而言之，水輪發電機組的正常運行對于水電廠而言有著極為重要的影響，水電廠能否安全運行在很大程度上受到水輪發電機的影響，因此必須要提高對水輪發電機組的管理，使水電廠的效益能夠順利實現。在實際運行過程中，由于各種因素的影響，水電廠水輪發電機組會時常出現故障，這就需要水輪發電機組的運行人員能夠在日常工作中對發電機組進行及時的檢查與維護，按照相關的標準以及規定運行機組，在實踐工作中總結經驗教訓，及時發現發電機組運行中的隱患、故障，并及時維修，使水輪發電機組能夠長時間安全穩定運行。

參考文獻

[1] 張生賢.水輪發電機組常見故障及處理措施分析[J].科技創新與應用，2014，（33）.

[2] 王瑤珉，施勇軍.水電站水輪發電機組的常見故障與維護[J].科技風，2015，（6）.

[3] 陳德勇.中小型水電站水輪發電機組常見故障與檢修研究[J].機電信息，2015，（9）.