水輪發電機組機故障診斷與處理

陳韶光，梁洸強，周 濤＊

（廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧 530023）

1 水輪機常見故障及維修案例

水輪機故障是指水輪機沒有達到技術指標規定的應有的工作效果[1]，是水電站發電機組常見的故障之一。故障的種類及其產生的原因很多，我們需要通過具體分析，弄清機組故障的原因，有針對性的采取相應的措施，及時預防故障的發生和盡快恢復機組的正常運轉。

1.1 水輪機出力不足

1.1.1 出力不足的原因分析

水輪機常見的出力不足的主要原因有：

（1）引水系統存在堵塞；

（2）轉輪室內漏水量過大；

（3）水輪機導葉開度不夠；

（4）水輪機經長期修補，葉型偏離原設計方案，效率低下；

（5）水輪機選型與安裝存在質量問題；

（6）水輪機設計與制造存在質量問題。

1.1.2 解決辦法

（1）引水系統存在堵塞問題的解決辦法

在水電站的水庫或河道的岸邊往往草木茂密，會有枝葉落到水中，而這些枝葉大多會隨著水流進入引水道入口處，嚴重時會堵塞在攔污柵前，結果是造成水輪機的工作水頭降低；另外，也有一些石頭、淤泥等雜質會淤積在水流通道中，使水流通道有效過水截面積減小。因此，為保證水流流動順暢，需要定期清理攔污柵前的枝葉及水流通道中的淤積雜物。

（2）針對水輪機轉輪過流表面的剛度、強度不足問題的解決辦法

造成水輪機轉輪過流表面抗空蝕、抗磨損能力不足的主要原因顯然是剛度、強度不足。可從以下幾方面進行改造：在轉輪及其他過流部件表面易空蝕、磨損的部位鋪焊不銹鋼，以提高轉輪抗空蝕、磨損的能力；建議在轉輪設計時，葉片一般應采用06Cr13Ni4Mo 材料，對于流沙含量大、磨損嚴重的則應采用06Cr13Ni5Mo 材料。

1.2 水輪機組振動

1.2.1 機組振動原因分析

機組振動原因進行全面分析，歸納起來可概括為4 個方面的原因:

（1）水輪機蝸殼內有異物；

（2）機組軸線徑向跳動超標；

（3）機組磁場平衡度超標；

（4）機組轉動質量動平衡超標。

1.2.2 解決辦法

（1）檢修水導軸承。檢查水導軸承，按規范調校配合間隙和裝配位置，必要時更換軸承并重新調校；清除過流部分上的異物，校正轉輪葉片開口值。

（2）檢查恢復機組軸線徑向跳動。出現機組軸線徑向跳動超標時，應檢查并恢復導瓦間隙在0.1 ～0.15 mm 之間。

（3）發電機上機架大幅振動。主要原因是發電機軸和水輪機軸的同心度偏差超標，需要重新找正。

（4）水輪機組的電磁振動。此類振動，表現在空載運行時振幅小、負載運行時振幅大。遇到電磁場不平衡造成的振動，對于軸流轉槳式水輪機可以通過試驗找出機組的最優協聯關系曲線來改善機組的運行工況，盡可能減少因這方向原因引起的振動。

1.3 維修案例

某水電站位于廣西某山村。電站裝機容量3 ×5000 kW，電站采用砌石雙曲拱壩，高56 m，弧長150 m，水庫正常蓄水位410 m，死水位281.0 m。電站引水系統布設在右岸，為隧洞有壓引水，主洞總長為247 m，直徑3.8 m；支洞長46 m，直徑2.1 m。引水隧洞出口裝設兩臺蝴蝶閥。其他參數詳見表1。電站出口電壓110 kV。2004 年9 月3 臺機組同時投產發電。

表1 水能及機組數據

1.3.1 故障情況

開始投運的幾年，水電站3 臺機組均可以同時滿負荷運行，有時甚至還可以達到5200 kW 的出力。2015 年以來，機組的最大出力開始下降，實際的最大出力僅達到4800 ～ 4900 kW，雖然電站的水頭、流量都沒有發生大的變化，但是不管是3 臺機同時運行還是單臺機組運行，均無法達到額定正常出力，運行中也沒有出現機組振動現象。

1.3.2 水輪機出力不足的原因

通過檢測，判斷水輪機出力不足的原因主要是水輪機選型不合理，空蝕、磨損嚴重，多次檢修后，轉輪葉型曲面發生變化及檢修后安裝存在質量問題。

1.3.3 解決辦法

（1）更換同型號轉輪。這樣可以在不改變有關過流部件結構尺寸的前提下完成改造，減少機組技改投資；

（2）重新選擇一個各方面性能更適合本電站參數、效率更高的新轉輪。受電站初期設計、制造等因素制約，以前所選老舊轉輪效率及性能都相對較低，通過更換新轉輪，可在保持原有過流部件結構尺寸的基礎上，明顯改善水輪機的性能，這也是當前老舊水電站更新改造的主要途徑。

為了保證水輪機組正常、穩定、安全運行，以確保水電站正常發電，需要在實際運行中及時發現故障，并根據故障的類型和產生原因，采用有效措施進行處理，認真做好調試操作和維護工作[2]。

2 水輪機常見故障的原因及分析

各電站的具體情況，例如：水工建筑物的施工情況、機電設備的性能及安裝質量、水流情況、運行管理水平等，存在差異，使故障出現的原因呈現多樣化。這就需要及時分析原因并排除故障，以免危及機組安全運行。為此，作為從事水電站運行與檢修的技術人員而言，遇到機組運行異常情況，首先應仔細觀察并分析確定故障類型，然后再進一步縮小范圍，找出具體原因，采取相應的處理措施。

通常，可以初步判斷引起水電站水輪機出力不足的主要原因有兩個方面：①水輪機轉輪過流表面剛度、強度不足，造成抗空蝕和抗磨能力不足，出現空蝕磨損，導致轉輪葉片偏離原設計葉型，造成轉輪效率下降；②引水通道存在樹木枝葉和淤泥等堵塞物，造成流道過水斷面積減小、流量不足[3]。

水輪機的常見故障隨機組結構的不同略有不同，但大部分是基本相同的，一般易發生的故障及處理方法見表2。

表2 混流式水輪機常見故障及處理方法

3 結束語

從水輪機運行狀況來看，其故障診斷以及維修與使用方法及技術現狀有關，只有從現狀中分析存在的問題，才能夠有針對性地進行診斷。經過近十年的水電站增效擴容改造，絕大多數水電站已經達到了“無人值守”的自動化水平，但是設備的維護維修仍然要以計劃維護檢修、以人的主觀判斷為主。對于水輪機的故障而言，現代水電站應結合自動化水平的提升，依靠現代自動化檢測與判斷技術，堅持預防為主的原則，實施狀態檢測與判斷，及時發現和處理水輪機故障，保障機組的正常和高效運行，此外，要做到有效地防止故障，需要同行們共同努力，不斷研究、總結、推廣水輪機故障診斷與處理的經驗。