淺析水輪發(fā)電機組常見故障與解決思路

馬建偉

摘 要：水輪發(fā)電機組在運行中出現(xiàn)故障是一個普遍存在的問題，在水電站運行中，將它規(guī)定在某一允許、可接受范圍內(nèi)，超出允許范圍則要求我們必須找出原因和采取消除措施，以達到機組健康、持續(xù)、安全運行的目的。本文通過對水輪發(fā)電機組常見故障的分析，提出解決思路，僅供同行參考。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機組;故障;解決思路

中小型水電站設備因投資與大型電站無法相比，設備加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量與大型電站相比有了質(zhì)的差異，在運行過程中也容易發(fā)生各種故障，這種現(xiàn)象是非常正常的，但任何一種長期存在的小問題都可能引發(fā)大的問題甚至事故，因此找到導致故障的原因并加以解決是促進水電站健康運行最有效的手段之一。

1 機組振動超標原因分析及解決思路

1.1 設備加工制造原因

比如在機組運行中要求轉(zhuǎn)輪的水流入口處水流對葉片頭部沒有撞擊，如果因為葉片加工精度沒有達到圖紙要求，轉(zhuǎn)輪進口水流沖角發(fā)生改變，當沖角太大時，會導致葉片頭部脫流、空化，形成葉道渦，進而引起水壓脈動。這就是誘發(fā)機組振動的原因之一。像這種情況，在日常的檢查中，往往可見葉片表面結(jié)晶被撕裂、剝層，并有空蝕，甚至有的電站尾水管出現(xiàn)裂紋、開裂甚至破斷。

出現(xiàn)因葉片加工精度不滿足造成的振動，我們一般采取補氣方法使不穩(wěn)定的渦流趨于穩(wěn)定，并消除渦流或振動。當補氣無法改善振動的，將轉(zhuǎn)輪運回設備加工廠修磨，使其滿足設計圖紙精度要求，從而達到消除振動。

1.2 機組運行工況造成

振動超標的原因，除受機組設計制造及安裝質(zhì)量影響外，機組運行負荷范圍的影響也是一個較為明顯的因數(shù)。

在某電站曾經(jīng)做個試驗，當機組出力在40-45%區(qū)間時，機組運行的各項指標均超標，而超過45%額定出力以上時，各項指標變小，當負荷越接近額定負荷，振動明顯降低。可見機組在運行時，其振動隨負荷的變化有一個明顯的變化，特別是某一區(qū)間運行時，機組振動達到了臨界值，通過多次的試驗和各項數(shù)據(jù)的對比分析，可判定機組不宜長時間在此負荷區(qū)間運行。為了減小機組振動，避免機組在超標工況下運行對機組各部件造成損壞，合理地運行在一定負荷范圍內(nèi)是至關(guān)重要的手段。

1.3 軸線不滿足規(guī)范和廠家圖紙要求導致

出現(xiàn)瓦溫高時，首先檢查是否是誤報，看油位、冷卻水量、水溫是否正常，然后看機組負荷是否正常，再逐一排除。而新安裝的機組瓦溫偏高的案例中，因軸線不滿足規(guī)范和廠家圖紙要求的情況占了絕大多數(shù)。

因軸線不滿足而引起瓦溫超高，一般先調(diào)整軸瓦間隙，根據(jù)機組運行瓦溫、機組振動、擺度等數(shù)據(jù)綜合分析計算各軸瓦需要調(diào)整的值，然后調(diào)整，每次調(diào)整量不能過大，以0.01-0.02mm為調(diào)整量，調(diào)整后要兼顧瓦溫、振動和擺度數(shù)據(jù)，應都處于運行最佳值狀態(tài)，否則就沒有達到目的。如通過調(diào)整軸瓦間隙后，振動、擺度卻適得其反，說明水輪機軸與發(fā)動機軸旋轉(zhuǎn)中心不在一條線上，或者說是折線，需要調(diào)整軸線才能達到最終的目的，此時需要重新盤車、計算，確定折線位置，調(diào)整絕緣墊或者卡環(huán)以消除折線，從而達到瓦溫運行正常的目的。

1.4 發(fā)電機轉(zhuǎn)子因制造質(zhì)量問題，或磁軛疊片以及轉(zhuǎn)子磁極裝配時半徑超標，造成定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙不均勻，產(chǎn)生不平衡磁拉力，從而對轉(zhuǎn)子和定子形成轉(zhuǎn)頻激擾力。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)引起空氣間隙周期性變化，單邊不平衡拉力沿圓周作周期性移動，引起機組振動，隨勵磁電流的增加而增大。

這種情況一般通過運行數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，計算需要加配重塊的位置和配重質(zhì)量，以平衡磁拉力，或者重新對轉(zhuǎn)子進行裝配，達到減小振動幅值。

2 機組軸瓦運行溫度過高原因分析及解決思路

當軸承瓦溫故障報警時，要及時的進行故障診斷與分析，主要判斷方法：

2.1 冷卻水流量小導致

檢查軸承冷卻水流量是否滿足要求，如果冷卻水流量減小或中斷，都會使瓦溫在短時間內(nèi)急速上升，通過以往的流量記錄可以查出是否減小，檢查閥門開度標記線也可以看出流量是否減小或關(guān)閉，如是流量減小導致，一般開至設計流量瓦溫可恢復正常。

2.2 軸承潤滑油較少或過多導致

瓦溫升高另一原因可能是油盆內(nèi)油位不正常，要檢查油盆密封是否不良，或排油閥關(guān)閉不嚴，造成漏油或甩油，潤滑油減少無法形成良好的油膜，導致軸承瓦溫升高，此時我們就要對滲漏點檢修，并補充合格的潤滑油;或注油時油位超高，油盆內(nèi)冷油和熱油的壓差不足以使?jié)櫥土己醚h(huán)，熱量帶不走，從而導致瓦溫升高，此時就需要抽掉一部分油，使注入的潤滑油液位高度符合設計圖紙要求。

2.3 潤滑油油質(zhì)不符合要求導致

軸承瓦溫的升高，也可能是潤滑油使用時間較長，或油中有水份或其他酸性雜質(zhì)，使油質(zhì)劣化，影響了其潤滑性能，通過取油樣送檢可以判斷油質(zhì)是否符合要求，檢驗結(jié)果不符合要求時，需要及時更換。

2.4 振動引起

振動原因引起的軸承瓦溫升高是最常見的因數(shù)之一，這就需要通過上述的振動故障分析方法，找到振動原因并消除，瓦溫也就自然而然下降。

3 絕緣老化

3.1 熱老化導致

機組長期運行在高溫環(huán)境下，導致絕緣加速老化，壽命下降。如通過對機組運行溫度的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)定子鐵芯溫度一直處于接近最高允許溫度值運行時，可判斷熱老化是絕緣老化的主要因素，此種原因，就需要改善通風效果，降低運行溫度，從而提高絕緣壽命。

3.2 電老化導致

在機組安裝過程中，我們常用耐壓試驗來檢驗絕緣，在長時間的工作電壓下，絕緣材料會發(fā)生擊穿，使絕緣材料發(fā)生局部的損壞，也就說明了絕緣材料在電場應力下是會老化的。像這種情況，我們往往通過檢修期對覆蓋在絕緣層材料表面的灰塵做徹底的清掃，保持清潔，或采用更好的絕緣材料代替以提高絕緣壽命。

4 甩油故障

水輪發(fā)電機組在運行過程中，甩油也是常見的故障，究其原因，一是潤滑油液位超過設計值，這樣就會導致甩油;第二個原因就是油盆密封間隙超標，密封效果變差從而導致甩油;第三就是機組超速運行，但這種情況很少發(fā)生。

5 電刷和集電環(huán)故障

電刷在運行中最常見的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：

一是由于通風不良導致的發(fā)熱，如冷卻風道堵塞，集電環(huán)表面通風溝、通風孔堵塞等原因，尤其是當運行中集電環(huán)表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在日常的檢修維護時，應對集電環(huán)表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網(wǎng)進行清理，保持通暢。二是由于接觸電阻過大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱，出現(xiàn)這種現(xiàn)場，可能是更換的碳刷質(zhì)量不同，也可能是碳刷與滑環(huán)接觸電阻的不同，檢查回路中各螺絲是否緊固，電刷壓力是否不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。一般情況下同一刷架上每個電刷的壓力應均勻，同機組上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，更換同一批次的數(shù)量應符合規(guī)范要求，集電環(huán)的電刷在刷握內(nèi)滑動應靈活，無卡阻現(xiàn)象，刷握距集電環(huán)表面應有2mm～3mm間隙，電刷與集電環(huán)的接觸面，不應小于電刷截面的75%，彈簧壓力應均勻。

6 結(jié)語

水電站安全、穩(wěn)定、健康的運行與水輪發(fā)電機組的正常運行息息相關(guān)，水輪發(fā)電機組作為水電站安全生產(chǎn)的重要保障因此需要水電站水輪發(fā)電機組檢修維護人員，在工作過程中科學合理的做好日常檢修和維護工作，在實踐工作中不斷積累經(jīng)驗，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時進行維修和處理，確保水輪發(fā)電機組持續(xù)健康運行，保證水電站的安全生產(chǎn)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

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