試析水輪發電機組的常見電氣故障與維護

王塞北　王亞楠

摘要：對水電站水輪發電機組的工作原理、組成及故障診斷進行了簡要介紹，分析了水輪發電機組的3個常見電氣故障，并提出了水輪發電機組的維護策略。

關鍵詞：水輪發電機;水電站;電氣故障;日常維護

1 水電站水輪發電機組概況

1.1? ? 水輪發電機工作原理

水輪發電機是一種以水輪機為原動力，將水能轉變為旋轉機械能，從而帶動發電機發出電能的一種機械，是水電站必不可少的核心設備之一。其具體工作原理是當水流流過水輪機轉輪時，會帶動水輪機轉動，水的機械能轉化成水輪機的機械能，而水輪機轉軸與發電機的轉子相連，水輪機轉動可以帶動發電機轉動，進而產生電能。

1.2? ? 水輪發電機組成

水輪發電機由轉子、定子和勵磁裝置等主要部件組成[1]。機座、鐵芯和繞組等各個部件組成了定子，通過其配合運行達到水輪發電機組穩定運行的效果。轉子是用來保證水輪發動機組正常且穩定運轉的部件，由輪轂、風扇、主軸裝置組成。為了保證水輪發電機轉速穩定，一般水輪發電機轉子的轉動慣量比較大，因此，水輪發電機組的轉子一般較為笨重，不易移動。而勵磁裝置則為笨重的轉子提供穩定的發電能量，給水輪發電機組的轉子提供磁場，使轉子和定子之間有穩定的磁場，保證整個水輪發電機組的正常運行。水輪發電機組的各個部件各司其職，配合工作，進而將水的機械能轉化為電能，保證水力發電廠的正常工作。

1.3? ? 水輪發電機故障診斷

水輪發電機故障診斷是其維修工作中非常重要的環節之一，也是影響維修成功與否的關鍵性環節。水輪發電機的故障診斷需要診斷人員具備較強的專業水平和豐富的維修經驗。

水輪發電機故障診斷的第一步是對設備外觀進行觀察，根據設備外觀上的一些特點判斷設備的使用情況和可能發生的問題，包括了解確定設備的型號、使用年限等信息，以進一步對設備故障進行判斷和維修。對于不同的故障類型，設備會有不同的外觀反映，有些外觀反映比較明顯，維修人員可以快速辨認故障類型并進行處理，而有些外觀反映并不顯眼，需要維修人員在充分了解各類故障的基礎上進行進一步細節觀察，保證對故障的觀察判斷更加清晰、準確，以便于后續維修工作的開展。

水輪發電機故障診斷的第二步是要詳細詢問水力發電廠工作人員，了解設備日常的工作情況以及設備在發生故障前后的操作情況、設備的具體故障狀況等，了解設備日常的使用頻率，水電站日常對該設備的管理方法、保養方法等。這些都有助于檢測維修人員對設備的故障程度進行準確分析。同時，檢測維修人員需要在處理該設備問題以外，對該水電廠的工作人員，特別是設備的管理維護人員，補充關于設備的日常護理和保養知識，保證設備日常的使用和維護沒有問題，防止多次產生設備故障，延長設備使用壽命。

最后，設備故障檢測需要借助一些專業儀器，專業的精密儀器可以有效、快速地對設備故障點進行分析，幫助維修人員提高維修效率，減少維修人員不必要的設備檢查等工作，減輕檢測維修人員的工作量。

2 水輪發電機常見電氣故障

水輪發電機常見故障一般分為電氣故障和機械故障兩部分，電氣故障一般包括超負荷運轉、溫度過高和轉子接地等，機械故障一般包括空蝕和振動等。

2.1? ? 發電機組超負荷運轉

對于一般的水輪發電機組來講，定子部分的電流超過額定電流的110%即可視為超負荷工作。在超負荷狀態下工作的發電機組會有警告提示，由于設備的過載保護被打破，設備運轉出現問題，無法正常工作。長時間處于超負荷工作狀態的設備會影響整個設備發電效率，導致發電廠發電計劃難以正常完成。

首先，為了防止發電機組超負荷運轉產生故障，在設備正常工作時，工作人員可以適當降低設備發出的無用功率，適當降低勵磁電流，防止出現超負荷運轉工作狀態，影響設備工作效率。工作人員需要額外注意設備的運行功率，保證其在正常工作閾值范圍內，防止設備出現超負荷工作狀態。如果仍然出現意外情況，設備出現了超負荷工作狀態，則需要工作人員及時降低工作機組的勵磁電流，防止設備長時間低效率工作對發電廠運行產生影響。工作人員需要結合水輪發電機組運轉的實際情況，調整工作機組的勵磁電流。

2.2? ? 轉子接地故障

轉子接地故障是水輪發電機故障中比較常見的一種，轉子接地故障一般分為兩類：轉子單點接地故障和轉子回路兩點接地故障。一般情況下，轉子單點接地故障不會直接使勵磁電流流經故障部位，導致勵磁電流出現問題，整個設備機組還可以正常運行。但是，這種正常運行很難穩定維持下去，因為隨著單點接地時間推移，發電機組設備轉子的正負極會發生倒轉，導致轉子單點接地故障演變成轉子回路兩點接地故障。當水輪發電機組設備出現轉子回路兩點接地故障時，故障部位一般出現在機組內部，會有勵磁電流經過，導致出現回路電流。故障部位會直接導致設備出現振動或過熱情況，導致設備無法正常運行[2]。

2.3? ? 設備溫度過高

水輪發電機組在工作中隨著時間的推移，機組產生越來越多的熱量本是正常現象，但工作人員需要對這些熱量進行檢測監控，保證其處在合理范圍內，否則可能會導致設備機組無法正常工作，甚至導致機組內部零件熔融，對設備產生不可逆的負面影響，甚至會危及工作環境中人員的人身安全。

對于水輪發電機組的過熱問題，一般情況下，其轉子、定子和鐵芯部位可能會由于漩渦現象出現非正常發熱問題，進而導致定子部分的溫度過高，水輪發電機機組不能正常運轉。因而在水輪發電機工作時，工作人員需要對這一部分的溫度進行檢測，避免出現非正常發熱現象。在日常設備維護工作中，工作人員需要及時注意測溫系統是否正常，預防設備溫度過高，對設備溫度進行監控。如果設備過熱現象已經出現，工作人員需要立刻聯系相關維修人員對該問題進行處理，盡可能將這類不良影響降到最低，保證水電站的正常、平穩運行。

水輪發電機組設備的不同電氣故障特點及其解決辦法如表1所示。

3 水輪發電機組維護策略

3.1? ? 落實日常維護工作

水輪發電機組的日常維護是非常重要的工作，其正常運行對水電站來說非常重要，水輪發電機出現故障會給水電站造成很大的損失，可以通過按時到位的日常維護工作排查水輪發電機組的各種故障，降低故障發生率，同時減少各類故障維修費用。

在日常維護工作中，維護人員只有充分了解水輪發電機組各類故障可能發生的位置、程度以及發生故障時水輪發電機會有什么樣的反映等，才能在日常維護中對各類故障進行有目的性的排查。日常維護需要對水輪發電機組進行清潔，使工作人員可以及時處理設備運行故障。同時，需要及時清理水輪發電機附近地面的水漬，防止水漬危及設備電路安全。水輪發電機組本身配備了一些設備檢測裝置，比如定子部位的溫度檢測裝置等。在日常維護工作中，維護人員要特別注意這些監測裝置的工作狀態是否正常，如果監測裝置出現故障而維護人員并未察覺，那么水輪發電機組如果出現故障，比如局部過熱，而溫度檢測裝置由于故障未發出警告信號，其導致的后果將不堪設想[3]。

3.2? ? 提高設備維護管理工作人員的專業水平

應當將水輪發電機組設備故障的預防工作落實到設備日常維護工作中，除了日常維護，水輪發電機組設備的管理和檢修方法的合理性等都會對設備產生影響，進而對水電站的正常工作產生影響。

在設備日常維護工作中，高技術水平的維護人員可以準確判斷設備需要特別注意的地方，對設備故障敏感度較高，在維護工作中可以及時發現水輪發電機組的異常狀況，并對異常狀況進行及時處理，保證水輪發電機工作時可以正常運行。

因此，水電站應盡量選用專業技術水平較高、理論知識扎實的人員。同時，水電站可以定期組織員工進行專業技術知識的學習，及時引進先進的技術，保證水電站的工程技術先進，員工技術不斷進步，以此確保水電站可以長期、平穩運行。

3.3? ? 定期進行設備檢修

定期的設備檢修對于保證水輪發電機的正常運行非常重要。水輪發電機這類大型設備，往往在運行一段時間后，某些零部件可能處于非正常運行狀態，這些非正常運行狀態短期內可能不會直接對水輪發電機工作產生較大影響，其工作效率短期內也不會明顯降低，甚至設備的一些監測裝置也可能沒有及時檢測到異常。但如果任由這些非正常狀態持續進行，會危害水輪發電機組設備的使用壽命，最終導致故障的產生。而設備定期檢修可以有效解決這一問題。定期檢修工作需要對設備的各項指標進行比照，對設備的工作狀態進行檢測，對各個組件進行故障排查，保證設備運行穩定正常。

4 結語

水輪發電機組設備的穩定運行是水電站正常工作的基本保障。本文分析了水輪發電機組的3個常見電氣故障，包括發電機組超負荷運轉、轉子接地和設備非正常發熱，針對水輪機組的維護，提出了落實日常維護工作，提高設備維護管理工作人員的專業水平，定期進行設備檢修的建議，以保證水電站水輪發電機組的正常穩定運行。

[參考文獻]

[1] 王振羽，王永潭，王樹新，等.水電站水輪發電機組的常見故障與維護[J].科學技術創新，2019（34）：176.

[2] 林子陽.豐滿重建水電站發電機內部故障主保護配置方案[J].水電站機電技術，2019（8）：19-21.

[3] 盧勝文.談電機推力瓦燒損的故障原因及檢修[J].機床與液壓，2010，38（12）：121-122.

收稿日期：2020-03-22

作者簡介：王塞北（1986—），女，河北遷西人，工程師，研究方向：水利水電工程管理。