水輪發(fā)電機(jī)組主要故障及維護(hù)對策

嚴(yán)宇璽 四川華電金川水電開發(fā)有限公司

經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使得人們對水能的需求顯著提升，人們的生活與生產(chǎn)都離不開水能的開發(fā)。石油資源具有不可再生的特征，水能則在這一方面相較石油資源有顯著優(yōu)勢。隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，水能資源被迅速開發(fā)并廣泛應(yīng)用。水輪發(fā)電機(jī)組在水力發(fā)電過程中扮演著關(guān)鍵角色，水輪發(fā)電機(jī)組起著轉(zhuǎn)換能量的作用，直接決定水電廠的運行狀態(tài)。為保證水電廠正常運行，管理主體應(yīng)當(dāng)定期診斷水輪發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)，并及時維修出現(xiàn)故障的部分，以良好的監(jiān)管意識推動水電廠的正常運轉(zhuǎn)。

一、水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及工作原理

水輪發(fā)電機(jī)時復(fù)雜的運行系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)由細(xì)小而零碎的部位構(gòu)成，這些部位依靠細(xì)碎的零件運轉(zhuǎn)，主要包括導(dǎo)軸承、制動器、機(jī)架等。其它的零件設(shè)備又被包含在這些設(shè)備當(dāng)中，如釘子是由鐵芯、繞組、機(jī)座等部件構(gòu)成的，而在實際應(yīng)用中，操作人員會根據(jù)運行的需求和制造條件對發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使發(fā)電機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成符合實際工作需求，達(dá)到運行標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，水輪發(fā)電機(jī)采用密閉循環(huán)的方式運行，這種方式能夠通過內(nèi)循環(huán)冷卻空間，保證機(jī)組平穩(wěn)運行。

水輪發(fā)電機(jī)通常按照需求帶符合，結(jié)合現(xiàn)實狀況，還可能包括并網(wǎng)運行、單機(jī)運行等模式。除常見運行模式外，少數(shù)水輪發(fā)電機(jī)組會根據(jù)實際狀況借助調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)用這種工具的發(fā)電組則要包含自動與手動運行模式。

二、水輪發(fā)電機(jī)組主要故障簡述

（一）水輪發(fā)電機(jī)組電器部分主要障礙

從現(xiàn)實狀況看，水輪發(fā)電機(jī)組在電器部分的主要障礙有：一是發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷運行，在正常運行中，水輪發(fā)電機(jī)的定子電流達(dá)到額定電流1.1 倍后，系統(tǒng)便會提示警報。此時，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對機(jī)組進(jìn)行處理，保證發(fā)電機(jī)組的正常運行。二是轉(zhuǎn)子接地的問題，發(fā)電子轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障的情況可大致分為兩種：一種是發(fā)電機(jī)的工作出現(xiàn)回路問題，據(jù)此可知故障點有電流通過。而發(fā)電機(jī)一點接地故障也可分為不同狀況，包括永久、斷續(xù)、瞬間接地，這些情況發(fā)生后回路中也不會產(chǎn)生電流，故障點也不會有電流通過。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)持續(xù)運行，但由于一點接地狀況的存在，正負(fù)極會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致兩點接地問題的出現(xiàn)。最終，轉(zhuǎn)子失衡，出現(xiàn)過熱或震動問題。

2013 年，湖北黃龍?zhí)端Πl(fā)電廠的一號機(jī)定子線圈數(shù)為396 個，中性引線和主引出線各有三根，額定電壓為13.8kV。1 號機(jī)組從開始運行至2013 年一直運行良好，但從2013 年開始，該發(fā)電機(jī)的定子絕緣出現(xiàn)問題，表現(xiàn)為A、C 兩相直流泄漏電流出現(xiàn)數(shù)值偏大狀況。這一問題給整個機(jī)組的正常運行造成阻礙，幸而在維護(hù)人員的嚴(yán)密排查下沒有造成嚴(yán)重后果。這啟示著維護(hù)人員強(qiáng)化對定子的檢查，通過密切排查消除安全隱患。

（二）水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要障礙

機(jī)械結(jié)構(gòu)部門存在障礙的原因有許多，問題主要集中在三個方面：一方面是發(fā)電機(jī)出現(xiàn)強(qiáng)震現(xiàn)象，但在實際運行過程中，此類問題并不明顯，通常難以被技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)。強(qiáng)震問題甚至被視為常規(guī)問題，強(qiáng)震現(xiàn)象可能給機(jī)組帶來消極影響，導(dǎo)致不同零部件使用壽命縮減。二是空蝕現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)組一旦出現(xiàn)空蝕現(xiàn)象，許多零部件會被損壞，進(jìn)而造成整個發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)重?fù)p傷。發(fā)電機(jī)組的損傷與修理程度有著直接關(guān)系，技術(shù)人員必須清除空蝕問題，保證機(jī)組的安全運行。三是電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題，我國技術(shù)的高速發(fā)展使得發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)中，這推動著發(fā)電量的整體提升。然而，從實際調(diào)查數(shù)據(jù)可知，水輪發(fā)電機(jī)組的檢修實踐和次數(shù)正在大幅度減少，一旦出現(xiàn)故障，水輪發(fā)電機(jī)組便無法運行。這意味著電網(wǎng)的穩(wěn)定性差，應(yīng)當(dāng)采取多種舉措強(qiáng)化維護(hù)管理環(huán)節(jié)，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。

三、水輪發(fā)電機(jī)組維護(hù)對策

（一）強(qiáng)化日常維護(hù)工作

日常維護(hù)使保證水輪發(fā)電機(jī)組順利運行的關(guān)鍵步驟，也是發(fā)現(xiàn)故障的重要渠道。水電站運行時，定期維護(hù)設(shè)備有助于排除潛在風(fēng)險。為提升水電站排除風(fēng)險的能力，管理主體應(yīng)當(dāng)制定嚴(yán)格而完整的制度，對日常維護(hù)工作進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范。

例如，實現(xiàn)日常維護(hù)管理工作的信息化，提升管理工作的系統(tǒng)化水平。開始每日排查工作前，首先明確不同機(jī)組部分的維護(hù)人員，了解不同維護(hù)人員的主要責(zé)任及具體的排查規(guī)劃，避免出現(xiàn)工作內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象。管理主體應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同維護(hù)人員的規(guī)劃對其排查方案進(jìn)行優(yōu)化，注重對水輪發(fā)電機(jī)組運行細(xì)節(jié)的檢查與維護(hù)。與故障排查工作相關(guān)的制度安排應(yīng)當(dāng)做到精簡、細(xì)化，將水輪發(fā)電機(jī)組可能出現(xiàn)的各類問題包含在內(nèi)，保證維護(hù)人員遇到難以解決的問題時，現(xiàn)有制度能夠為他們提供一定指導(dǎo)和保障。其次，維護(hù)人員在日常維護(hù)機(jī)組設(shè)備時需全面了解水輪發(fā)電機(jī)組的狀況和機(jī)組運行的現(xiàn)實環(huán)境，按照合理周期清掃水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組周圍應(yīng)當(dāng)保證無積水，維護(hù)人員在清掃發(fā)電機(jī)組時不僅要注重機(jī)組本身的清理，還要注重周圍環(huán)境的塑造。最后，一旦發(fā)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組存在故障，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)及時上報并采取措施排除故障。如更換磨損頻率高的設(shè)備，更換部分出現(xiàn)銹蝕狀況的設(shè)備，對這些容易出現(xiàn)故障的部分，維護(hù)人員需提升保養(yǎng)頻率，以此保證機(jī)組正常運行。此外，一旦出現(xiàn)異常狀況，如設(shè)備軸瓦損壞、聯(lián)動異常等現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)化的故障排查，了解與這一現(xiàn)象有關(guān)的零部件狀況，從整體的角度出發(fā)解決水電站水輪發(fā)電機(jī)的故障問題。傳統(tǒng)的維護(hù)體系中，維護(hù)人員只關(guān)注水輪發(fā)電機(jī)局部問題的解決，而沒有從宏觀的角度出發(fā)探究問題產(chǎn)生的原因。這導(dǎo)致一個環(huán)節(jié)的問題得到解決，另一環(huán)節(jié)則出現(xiàn)新問題，維護(hù)效率并不高。將宏觀理念滲透在維護(hù)過程中有助于解決這一問題，從系統(tǒng)的角度出發(fā)探究水電站的狀況，防止由于需要頻繁維修而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)難以順暢運行。

（二）升級水輪發(fā)電機(jī)組維護(hù)相關(guān)技術(shù)

維護(hù)人員在檢驗機(jī)組設(shè)備的過程中，必須將全部的發(fā)電機(jī)組及設(shè)備連接線拔出，避免出現(xiàn)安全事故。總之，應(yīng)當(dāng)根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組實際運行中電壓的高低合理選擇搖表設(shè)備。水輪發(fā)電機(jī)的運行電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則表明搖測具有一定準(zhǔn)確性、合理性。隨后，維護(hù)人員可借助絕緣電阻搖測控制發(fā)電機(jī)組不同組成部分的絕緣參數(shù)，提升管理過程的系統(tǒng)化程度，并使絕緣參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，保證水輪發(fā)電機(jī)組的正常運行。

面對水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)的高溫故障，技術(shù)人員可探究出現(xiàn)溫度異常現(xiàn)象的主要原因。通常情況下，水輪發(fā)電機(jī)組會在長時間的運行中出現(xiàn)溫度異常狀況，溫度不斷升高的現(xiàn)象得不到及時處理，機(jī)組運行可能出現(xiàn)重大事故。技術(shù)人員需建立防范意識，發(fā)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷運行的現(xiàn)象時，必須提升安全意識，引起重視并對額定值進(jìn)行調(diào)整。此外，測溫裝置的性能也可能導(dǎo)致溫度異常的現(xiàn)象出現(xiàn)。技術(shù)人員需調(diào)整測溫裝置，將測溫裝置中的故障部分排除，并通知專業(yè)人員檢查、維護(hù)測溫裝置，弱化溫度異常對設(shè)備運行帶來的影響。部分機(jī)組的冷卻水壓存在性能問題，由冷卻水壓所造成的溫度異常應(yīng)當(dāng)對水泵進(jìn)行檢查，同時冷卻備用水，控制水泵水壓，降低由于高溫而導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組故障的可能性。

面向發(fā)電機(jī)冒煙的狀況，技術(shù)人員需迅速找到具體的冒煙位置，研究發(fā)電機(jī)冒煙的可能原因。切斷電源是防止冒煙現(xiàn)象擴(kuò)散的第一步，切斷電源后，技術(shù)人員需暫停水輪發(fā)電機(jī)組的運行，排查鏈接線路、電源開關(guān)可能存在的問題，通過建立完善的連接線路網(wǎng)絡(luò)保證通常的穩(wěn)定性，并維護(hù)電源開關(guān)的正常工作狀態(tài)。冒煙設(shè)備的維護(hù)也是降低安全風(fēng)險的重要方式，技術(shù)人員要及時更換冒煙設(shè)備可能存在的故障，在檢修后對冒煙設(shè)備進(jìn)行測試，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。在保證設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)的前提下才能繼續(xù)使用該設(shè)備，維護(hù)設(shè)備運行安全。

值得注意的是，技術(shù)人員在檢修設(shè)備時應(yīng)當(dāng)明確自身崗位職責(zé)，明確不同維護(hù)工作的技術(shù)要點，避免出現(xiàn)頻繁拆卸、維修的狀況。頻繁的拆卸和維修可能導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組的正常運行受阻，且為減少水電站產(chǎn)生損失的可能性，技術(shù)人員應(yīng)仔細(xì)閱讀過往的檢修報告，合理預(yù)測未來可能出現(xiàn)的事故。在大數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于管理過程中的背景下，技術(shù)人員可借助大數(shù)據(jù)分析預(yù)測未來可能出現(xiàn)的狀況，并據(jù)此縮短或延長檢修時間。一般情況下，機(jī)組人員不得頻繁、隨意修改原有檢修方案，在應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的前提下，機(jī)組人員修改檢修方案的過程都會被記錄在數(shù)據(jù)后臺，這邊提升了管理的有效性。一旦出現(xiàn)檢修問題，數(shù)據(jù)后臺能夠及時反映，這便提升了維修的機(jī)動能力。

（三）密切監(jiān)測水輪發(fā)電機(jī)組運行狀況

檢測水輪發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)能夠減少其產(chǎn)生故障的概率，當(dāng)前，檢測水輪發(fā)電機(jī)組運行狀況的方式有許多，大多數(shù)方式依賴于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，因而具有較強(qiáng)的前瞻性。然而，在當(dāng)前形勢下，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確實踐與數(shù)據(jù)相結(jié)合的檢測思路，不能盲信數(shù)據(jù)檢測結(jié)果，而要結(jié)合本地區(qū)水輪發(fā)電機(jī)組的狀況排查故障。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)頻繁通報同一問題時，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)引起高度注意，進(jìn)入水輪發(fā)電機(jī)組運行的實際場景進(jìn)行考察，了解發(fā)電機(jī)組的運行狀況。檢測過程中，建立和檢測有關(guān)的機(jī)制尤為必要。不同技術(shù)人員負(fù)責(zé)的檢測領(lǐng)域不同，關(guān)鍵是要對不同領(lǐng)域的檢測工作進(jìn)行合理安排，保證不出現(xiàn)低效檢測的狀況。相關(guān)制度規(guī)定應(yīng)當(dāng)能夠提升檢測工作的科學(xué)性，保障水輪發(fā)電機(jī)組被全天候檢測，并且能夠長時間穩(wěn)定運行。

提升監(jiān)測水平的關(guān)鍵在于強(qiáng)化技術(shù)人員培訓(xùn)，各單位在培養(yǎng)人才的過程中應(yīng)當(dāng)以高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求來培養(yǎng)技術(shù)人員。其次，技術(shù)人員進(jìn)入崗位后，各單位應(yīng)當(dāng)為其提供繼續(xù)培訓(xùn)、教育服務(wù)，保證技術(shù)人員的技術(shù)水平處于動態(tài)發(fā)展的過程中。專項培訓(xùn)將推動技術(shù)人員的技術(shù)水平朝著高精尖的方向發(fā)展。最后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分了解新型設(shè)備和技術(shù)，這意味著各單位需為技術(shù)人員創(chuàng)造接觸新機(jī)器、新技術(shù)的機(jī)會，并培育他們熟練操作新設(shè)備的能力。

四、結(jié)束語

綜上所述，細(xì)致入微的監(jiān)督與檢修時保證水輪發(fā)電機(jī)組正常運行的基礎(chǔ)。在未來較長一段時間內(nèi)，提升水輪發(fā)電機(jī)的維修與監(jiān)測水平，建立完善的監(jiān)督機(jī)制是各單位努力的方向。隨著維護(hù)技術(shù)水平與人員素質(zhì)的提升、管理制度的完善，水輪發(fā)電機(jī)組將能夠長時間平穩(wěn)運行。