王塞北　王亞楠

摘要：對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組的工作原理、組成及故障診斷進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，分析了水輪發(fā)電機(jī)組的3個(gè)常見(jiàn)電氣故障，并提出了水輪發(fā)電機(jī)組的維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī);水電站;電氣故障;日常維護(hù)

1 水電站水輪發(fā)電機(jī)組概況

1.1? ? 水輪發(fā)電機(jī)工作原理

水輪發(fā)電機(jī)是一種以水輪機(jī)為原動(dòng)力，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的一種機(jī)械，是水電站必不可少的核心設(shè)備之一。其具體工作原理是當(dāng)水流流過(guò)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪時(shí)，會(huì)帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成水輪機(jī)的機(jī)械能，而水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

1.2? ? 水輪發(fā)電機(jī)組成

水輪發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子和勵(lì)磁裝置等主要部件組成[1]。機(jī)座、鐵芯和繞組等各個(gè)部件組成了定子，通過(guò)其配合運(yùn)行達(dá)到水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的效果。轉(zhuǎn)子是用來(lái)保證水輪發(fā)動(dòng)機(jī)組正常且穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，由輪轂、風(fēng)扇、主軸裝置組成。為了保證水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，一般水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，因此，水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子一般較為笨重，不易移動(dòng)。而勵(lì)磁裝置則為笨重的轉(zhuǎn)子提供穩(wěn)定的發(fā)電能量，給水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子提供磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子和定子之間有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，保證整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。水輪發(fā)電機(jī)組的各個(gè)部件各司其職，配合工作，進(jìn)而將水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，保證水力發(fā)電廠的正常工作。

1.3? ? 水輪發(fā)電機(jī)故障診斷

水輪發(fā)電機(jī)故障診斷是其維修工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，也是影響維修成功與否的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。水輪發(fā)電機(jī)的故障診斷需要診斷人員具備較強(qiáng)的專業(yè)水平和豐富的維修經(jīng)驗(yàn)。

水輪發(fā)電機(jī)故障診斷的第一步是對(duì)設(shè)備外觀進(jìn)行觀察，根據(jù)設(shè)備外觀上的一些特點(diǎn)判斷設(shè)備的使用情況和可能發(fā)生的問(wèn)題，包括了解確定設(shè)備的型號(hào)、使用年限等信息，以進(jìn)一步對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行判斷和維修。對(duì)于不同的故障類型，設(shè)備會(huì)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(rèn)故障類型并進(jìn)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(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)節(jié)觀察，保證對(duì)故障的觀察判斷更加清晰、準(zhǔn)確，以便于后續(xù)維修工作的開(kāi)展。

水輪發(fā)電機(jī)故障診斷的第二步是要詳細(xì)詢問(wèn)水力發(fā)電廠工作人員，了解設(shè)備日常的工作情況以及設(shè)備在發(fā)生故障前后的操作情況、設(shè)備的具體故障狀況等，了解設(shè)備日常的使用頻率，水電站日常對(duì)該設(shè)備的管理方法、保養(yǎng)方法等。這些都有助于檢測(cè)維修人員對(duì)設(shè)備的故障程度進(jìn)行準(zhǔn)確分析。同時(shí)，檢測(cè)維修人員需要在處理該設(shè)備問(wèn)題以外，對(duì)該水電廠的工作人員，特別是設(shè)備的管理維護(hù)人員，補(bǔ)充關(guān)于設(shè)備的日常護(hù)理和保養(yǎng)知識(shí)，保證設(shè)備日常的使用和維護(hù)沒(méi)有問(wèn)題，防止多次產(chǎn)生設(shè)備故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

最后，設(shè)備故障檢測(cè)需要借助一些專業(yè)儀器，專業(yè)的精密儀器可以有效、快速地對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)進(jìn)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(shè)備檢查等工作，減輕檢測(cè)維修人員的工作量。

2 水輪發(fā)電機(jī)常見(jiàn)電氣故障

水輪發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障一般分為電氣故障和機(jī)械故障兩部分，電氣故障一般包括超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、溫度過(guò)高和轉(zhuǎn)子接地等，機(jī)械故障一般包括空蝕和振動(dòng)等。

2.1? ? 發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

對(duì)于一般的水輪發(fā)電機(jī)組來(lái)講，定子部分的電流超過(guò)額定電流的110%即可視為超負(fù)荷工作。在超負(fù)荷狀態(tài)下工作的發(fā)電機(jī)組會(huì)有警告提示，由于設(shè)備的過(guò)載保護(hù)被打破，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法正常工作。長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷工作狀態(tài)的設(shè)備會(huì)影響整個(gè)設(shè)備發(fā)電效率，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)電計(jì)劃難以正常完成。

首先，為了防止發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生故障，在設(shè)備正常工作時(shí)，工作人員可以適當(dāng)降低設(shè)備發(fā)出的無(wú)用功率，適當(dāng)降低勵(lì)磁電流，防止出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，影響設(shè)備工作效率。工作人員需要額外注意設(shè)備的運(yùn)行功率，保證其在正常工作閾值范圍內(nèi)，防止設(shè)備出現(xiàn)超負(fù)荷工作狀態(tài)。如果仍然出現(xiàn)意外情況，設(shè)備出現(xiàn)了超負(fù)荷工作狀態(tài)，則需要工作人員及時(shí)降低工作機(jī)組的勵(lì)磁電流，防止設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間低效率工作對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行產(chǎn)生影響。工作人員需要結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際情況，調(diào)整工作機(jī)組的勵(lì)磁電流。

2.2? ? 轉(zhuǎn)子接地故障

轉(zhuǎn)子接地故障是水輪發(fā)電機(jī)故障中比較常見(jiàn)的一種，轉(zhuǎn)子接地故障一般分為兩類：轉(zhuǎn)子單點(diǎn)接地故障和轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地故障。一般情況下，轉(zhuǎn)子單點(diǎn)接地故障不會(huì)直接使勵(lì)磁電流流經(jīng)故障部位，導(dǎo)致勵(lì)磁電流出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)設(shè)備機(jī)組還可以正常運(yùn)行。但是，這種正常運(yùn)行很難穩(wěn)定維持下去，因?yàn)殡S著單點(diǎn)接地時(shí)間推移，發(fā)電機(jī)組設(shè)備轉(zhuǎn)子的正負(fù)極會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子單點(diǎn)接地故障演變成轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地故障。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地故障時(shí)，故障部位一般出現(xiàn)在機(jī)組內(nèi)部，會(huì)有勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)，導(dǎo)致出現(xiàn)回路電流。故障部位會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)或過(guò)熱情況，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行[2]。

2.3? ? 設(shè)備溫度過(guò)高

水輪發(fā)電機(jī)組在工作中隨著時(shí)間的推移，機(jī)組產(chǎn)生越來(lái)越多的熱量本是正?，F(xiàn)象，但工作人員需要對(duì)這些熱量進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控，保證其處在合理范圍內(nèi)，否則可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備機(jī)組無(wú)法正常工作，甚至導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)部零件熔融，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不可逆的負(fù)面影響，甚至?xí)＜肮ぷ鳝h(huán)境中人員的人身安全。

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組的過(guò)熱問(wèn)題，一般情況下，其轉(zhuǎn)子、定子和鐵芯部位可能會(huì)由于漩渦現(xiàn)象出現(xiàn)非正常發(fā)熱問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致定子部分的溫度過(guò)高，水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因而在水輪發(fā)電機(jī)工作時(shí)，工作人員需要對(duì)這一部分的溫度進(jìn)行檢測(cè)，避免出現(xiàn)非正常發(fā)熱現(xiàn)象。在日常設(shè)備維護(hù)工作中，工作人員需要及時(shí)注意測(cè)溫系統(tǒng)是否正常，預(yù)防設(shè)備溫度過(guò)高，對(duì)設(shè)備溫度進(jìn)行監(jiān)控。如果設(shè)備過(guò)熱現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)，工作人員需要立刻聯(lián)系相關(guān)維修人員對(duì)該問(wèn)題進(jìn)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(wěn)運(yùn)行。

水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的不同電氣故障特點(diǎn)及其解決辦法如表1所示。

3 水輪發(fā)電機(jī)組維護(hù)策略

3.1? ? 落實(shí)日常維護(hù)工作

水輪發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)是非常重要的工作，其正常運(yùn)行對(duì)水電站來(lái)說(shuō)非常重要，水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障會(huì)給水電站造成很大的損失，可以通過(guò)按時(shí)到位的日常維護(hù)工作排查水輪發(fā)電機(jī)組的各種故障，降低故障發(fā)生率，同時(shí)減少各類故障維修費(fèi)用。

在日常維護(hù)工作中，維護(hù)人員只有充分了解水輪發(fā)電機(jī)組各類故障可能發(fā)生的位置、程度以及發(fā)生故障時(shí)水輪發(fā)電機(jī)會(huì)有什么樣的反映等，才能在日常維護(hù)中對(duì)各類故障進(jìn)行有目的性的排查。日常維護(hù)需要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行清潔，使工作人員可以及時(shí)處理設(shè)備運(yùn)行故障。同時(shí)，需要及時(shí)清理水輪發(fā)電機(jī)附近地面的水漬，防止水漬危及設(shè)備電路安全。水輪發(fā)電機(jī)組本身配備了一些設(shè)備檢測(cè)裝置，比如定子部位的溫度檢測(cè)裝置等。在日常維護(hù)工作中，維護(hù)人員要特別注意這些監(jiān)測(cè)裝置的工作狀態(tài)是否正常，如果監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)故障而維護(hù)人員并未察覺(jué)，那么水輪發(fā)電機(jī)組如果出現(xiàn)故障，比如局部過(guò)熱，而溫度檢測(cè)裝置由于故障未發(fā)出警告信號(hào)，其導(dǎo)致的后果將不堪設(shè)想[3]。

3.2? ? 提高設(shè)備維護(hù)管理工作人員的專業(yè)水平

應(yīng)當(dāng)將水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備故障的預(yù)防工作落實(shí)到設(shè)備日常維護(hù)工作中，除了日常維護(hù)，水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的管理和檢修方法的合理性等都會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)水電站的正常工作產(chǎn)生影響。

在設(shè)備日常維護(hù)工作中，高技術(shù)水平的維護(hù)人員可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備需要特別注意的地方，對(duì)設(shè)備故障敏感度較高，在維護(hù)工作中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的異常狀況，并對(duì)異常狀況進(jìn)行及時(shí)處理，保證水輪發(fā)電機(jī)工作時(shí)可以正常運(yùn)行。

因此，水電站應(yīng)盡量選用專業(yè)技術(shù)水平較高、理論知識(shí)扎實(shí)的人員。同時(shí)，水電站可以定期組織員工進(jìn)行專業(yè)技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，及時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，保證水電站的工程技術(shù)先進(jìn)，員工技術(shù)不斷進(jìn)步，以此確保水電站可以長(zhǎng)期、平穩(wěn)運(yùn)行。

3.3? ? 定期進(jìn)行設(shè)備檢修

定期的設(shè)備檢修對(duì)于保證水輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行非常重要。水輪發(fā)電機(jī)這類大型設(shè)備，往往在運(yùn)行一段時(shí)間后，某些零部件可能處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，這些非正常運(yùn)行狀態(tài)短期內(nèi)可能不會(huì)直接對(duì)水輪發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生較大影響，其工作效率短期內(nèi)也不會(huì)明顯降低，甚至設(shè)備的一些監(jiān)測(cè)裝置也可能沒(méi)有及時(shí)檢測(cè)到異常。但如果任由這些非正常狀態(tài)持續(xù)進(jìn)行，會(huì)危害水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的使用壽命，最終導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。而設(shè)備定期檢修可以有效解決這一問(wèn)題。定期檢修工作需要對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比照，對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行故障排查，保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定正常。

4 結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是水電站正常工作的基本保障。本文分析了水輪發(fā)電機(jī)組的3個(gè)常見(jiàn)電氣故障，包括發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子接地和設(shè)備非正常發(fā)熱，針對(duì)水輪機(jī)組的維護(hù)，提出了落實(shí)日常維護(hù)工作，提高設(shè)備維護(hù)管理工作人員的專業(yè)水平，定期進(jìn)行設(shè)備檢修的建議，以保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2020-03-22

作者簡(jiǎn)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。