王國剛

（中國葛洲壩集團機電建設有限公司，四川成都 610000）

1 水電站水輪發(fā)電機運行概述

1.1 水輪發(fā)電機的運行方式

水輪機是一種利用水能轉化為機械能的裝置，它將水的能量轉化為旋轉動能，驅動發(fā)電機轉動，從而產(chǎn)生電能。水輪發(fā)電機組廣泛應用于水力發(fā)電行業(yè)，高效利用水能對可再生能源的開發(fā)和利用具有重要意義。

水輪發(fā)電機的運行方式通常包括以下4個步驟。（1）進水。水輪發(fā)電機需要從水源中引入水以驅動水輪機。通常情況下，水源來自水壩、水庫、河流或者海洋。（2）旋轉水輪機。水流經(jīng)水輪機的葉片，產(chǎn)生旋轉動力，將水能轉化為機械能。水輪機的旋轉速度通常較低，但扭矩大，因此可以驅動發(fā)電機高速旋轉。（3）旋轉發(fā)電機。水輪機驅動發(fā)電機的轉子旋轉，使發(fā)電機的線圈在磁場的作用下產(chǎn)生電動勢，從而產(chǎn)生電能。發(fā)電機的輸出電壓和頻率與旋轉速度和磁場強度有關，通常需要調(diào)節(jié)和控制才能得到穩(wěn)定的電能輸出[1]。（4）輸電。發(fā)電后的電能通過輸電線路輸送到需要用電的地方，為人們的日常生活和生產(chǎn)提供電力。

需要注意的是，水輪發(fā)電機的運行需要有穩(wěn)定的水源，并且需要對水流的流量和水位進行控制和調(diào)節(jié)，以保證水輪機和發(fā)電機的穩(wěn)定運行。同時，不同類型水輪發(fā)電機的運行方式有所差異。例如，斜流水輪機和混流水輪機的運行原理和特點與傳統(tǒng)的輪盤水輪機有所不同。

1.2 水輪發(fā)電機組的結構

水輪發(fā)電機組通常由水輪機、發(fā)電機、調(diào)速機構、軸承和機械密封等組成。（1）水輪機。水輪機是將水的能量轉化為機械能的裝置，水輪葉片是最關鍵的部分，它們負責將水能轉化為機械能，并帶動水輪機旋轉。葉片的結構和形狀可以根據(jù)不同的水流條件進行優(yōu)化和設計。（2）發(fā)電機。發(fā)電機是將機械能轉化為電能的裝置，發(fā)電機的結構通常包括定子、轉子、電樞、電刷、軸承等部分。轉子是發(fā)電機的旋轉部分，由磁極和繞組組成；定子則是靜止的部分，由電樞和繞組組成。發(fā)電機的輸出電壓和頻率與轉子旋轉速度和磁場強度有關，因此需要通過調(diào)速機構控制水輪機的轉速，以保證發(fā)電機的輸出電壓和頻率穩(wěn)定[2]。（3）調(diào)速機構。調(diào)速機構是控制水輪機轉速的裝置，通常包括水力控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。水力控制系統(tǒng)通過控制進入水輪機的水流量和流速實現(xiàn)調(diào)速；電氣控制系統(tǒng)則通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流和電阻實現(xiàn)調(diào)速。（4）軸承。軸承是支撐水輪機和發(fā)電機轉子的重要部分，它能夠減少轉子的摩擦和磨損，并支持轉子的重量和離心力。常見的軸承包括滾動軸承和滑動軸承等。（5）機械密封。機械密封是保證水輪機和發(fā)電機運行穩(wěn)定的重要部分，它能夠防止水和油等介質泄漏，同時也能夠防止空氣和灰塵等雜質進入機器內(nèi)部，常見的機械密封包括旋轉密封和端面密封等。

2 水電站水輪發(fā)電機組運行中常見的故障

2.1 溫度故障

其一，溫度過高。水輪發(fā)電機組的各個部件在運行中會產(chǎn)生熱量，如水輪機葉片與水摩擦產(chǎn)生的熱量、發(fā)電機電樞電阻產(chǎn)生的熱量等。如果這些熱量不能及時散發(fā)出去，就會導致溫度升高，引起溫度故障。溫度過高可能導致葉片變形、電繞組燒壞等問題，進而影響水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。其二，溫度過低。在低溫環(huán)境下，水輪發(fā)電機組的部件可能變得十分脆弱，甚至出現(xiàn)開裂等故障。同時，低溫環(huán)境還可能導致油潤滑不良，增加部件磨損和損壞的風險。

2.2 電氣故障

第一，電繞組短路。電繞組短路是指發(fā)電機內(nèi)部繞組中兩個或多個相之間出現(xiàn)短路，可能的原因包括繞組絕緣老化、電繞組內(nèi)部雜物等。電繞組短路導致發(fā)電機輸出功率下降，甚至發(fā)生故障停機。解決方法一般是更換電繞組或修復絕緣的方法解決。第二，絕緣損壞。發(fā)電機內(nèi)部繞組絕緣層損壞或老化也可能導致故障。絕緣損壞可能導致電流泄漏、電壓不穩(wěn)定等問題。解決方法是對絕緣進行維護或更換[3]。第三，過熱。發(fā)電機長時間運行，可能導致內(nèi)部電器部件過熱。過熱可能導致電繞組絕緣老化、設備壽命縮短等問題。解決方法是增加散熱裝置，保證設備運行在適宜的溫度范圍內(nèi)。第四，電氣接觸不良。發(fā)電機內(nèi)部連接頭、接線端子等部件可能出現(xiàn)松動或接觸不良，這種故障可能導致電阻增加、電壓下降等問題。解決方法是檢查和緊固連接頭、接線端子等。第五，外部短路。發(fā)電機輸出端可能出現(xiàn)對地或對其他電氣部件的短路，這種故障可能會導致設備損壞、火災等嚴重后果。解決方法是加強絕緣，防止外部短路。

2.3 機械故障

第一，軸承故障。水輪發(fā)電機組轉子是通過軸承支撐的，長時間運行后可能出現(xiàn)軸承磨損、過熱等問題。軸承故障會導致轉子不平衡，甚至造成設備停機。解決方法是定期檢查和更換軸承。第二，轉子不平衡。轉子不平衡是指轉子在運行過程中出現(xiàn)質量分布不均勻，導致振動增大。轉子不平衡可能導致軸承故障、機組振動增大等問題，進一步影響設備壽命。解決方法是通過動平衡技術對轉子進行校正。第三，機械損傷。機械損傷可能是由于設備長時間運行或各種外部因素（如顆粒物、噪聲等）導致的，損傷主要包括葉片磨損、軸承磨損、齒輪損傷等，機械損傷會導致機組性能下降，甚至設備停機。解決方法是根據(jù)具體情況對受損部件進行修復或更換。第四，內(nèi)部泄漏。內(nèi)部泄漏是指發(fā)電機內(nèi)部機油、水等物質泄漏到其他部位，可能導致電氣部件受損、機械部件腐蝕等問題。解決方法是檢查泄漏部位，維護和更換密封件。

3 水電站水輪發(fā)電機組運行常見故障技術處理

3.1 強化硬件設計

第一，選用高品質的軸承和材料，有效延長設備的壽命，減少軸承故障和機械損傷的發(fā)生。合適的材料也可以提高設備的耐腐蝕性和耐磨性，減少內(nèi)部泄漏的發(fā)生。PCL技術可以應用于材料的選型和測試，確保材料的質量和性能符合設備要求。第二，通過動平衡技術對轉子進行校正，避免轉子不平衡導致的故障。PCL技術可以用于轉子的動態(tài)測試和分析，幫助確定動平衡方案和優(yōu)化方案效果[4]。第三，采用先進的潤滑系統(tǒng)，降低設備運行過程中的磨損和摩擦，減少機械損傷的發(fā)生。PCL技術可以應用于潤滑系統(tǒng)的設計和優(yōu)化，確保潤滑系統(tǒng)的性能和效果符合設備要求。第四，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)機械故障并預防潛在的機械故障。PCL技術可以應用于智能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化，提高監(jiān)控精度和可靠性。第五，采用PCL技術進行優(yōu)化和測試，確保措施的實施效果符合設備要求，從而降低機械故障的發(fā)生率，保障水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

3.2 裝配檢修系統(tǒng)

通過裝配水輪發(fā)電機檢修系統(tǒng)進行檢修，無線傳感技術、數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析和智能警報系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)設備的智能化維護和檢修，提高設備的可靠性和安全性，減少機械故障的發(fā)生。具體而言，包含以下幾方面內(nèi)容。第一，無線傳感技術。通過安裝無線傳感器，實時監(jiān)測水輪發(fā)電機的運行狀態(tài)和故障信息，準確判斷設備運行狀況和維護需求。同時，無線傳感技術可以收集設備的數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)大數(shù)據(jù)分析提供支持。第二，建立完整的數(shù)據(jù)庫。將收集的數(shù)據(jù)信息進行整合和存儲，建立完整的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的分析和判斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時，可以建立歷史數(shù)據(jù)，用于比對和參考。第三，大數(shù)據(jù)分析。利用大數(shù)據(jù)技術對收集的數(shù)據(jù)信息進行分析，對設備運行狀況進行預測和診斷，提前預防機械故障的發(fā)生。同時，可以針對設備的運行情況進行優(yōu)化和調(diào)整，提高設備的運行效率，延長設備的使用壽命。第四，安裝智能警報系統(tǒng)。根據(jù)設備的運行狀態(tài)和故障信息，設置智能警報系統(tǒng)，及時提醒維護人員進行維修和處理，避免故障進一步擴大而損害設備。

3.3 采用高溫處理技術

第一，在水輪發(fā)電機的正常運行過程中，由于機械摩擦和電磁感應等因素，發(fā)電機內(nèi)部產(chǎn)生高溫，影響設備的壽命和穩(wěn)定性。采用高溫處理技術，可以使發(fā)電機的材料經(jīng)過一定的處理后具備更好的耐高溫性能，能夠更好地應對高溫環(huán)境，減少溫度故障的發(fā)生。第二，電氣故障是水輪發(fā)電機運行中常見的問題之一，其原因可能包括絕緣老化、接觸不良、電路短路等。采用高溫處理技術，可以提高電氣元器件的耐高溫性能，減少因高溫導致的電氣故障。第三，機械故障可能包括軸承損壞、齒輪磨損等問題，這些故障往往會導致設備的損壞和停機維修。采用高溫處理技術，可以對軸承和齒輪等關鍵部件進行強化處理，提高其抗磨損性能和耐用性能，減少機械故障的發(fā)生[5]。

3.4 強化日常維護

為了解決水輪發(fā)電機組運行中存在的各類問題，需要強化日常維護工作。第一，溫度監(jiān)測。對水輪發(fā)電機組內(nèi)部的溫度進行實時監(jiān)測，可以采用溫度傳感器和自動控制系統(tǒng)等技術實現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)溫度異常，及時進行處理，避免溫度故障的發(fā)生。第二，電氣檢測。對水輪發(fā)電機組的電氣元器件進行定期檢測，包括檢查接線是否松動、電纜是否老化、電路是否短路等，發(fā)現(xiàn)問題及時進行修復或更換[6]。第三，潤滑維護。定期對水輪發(fā)電機組的潤滑系統(tǒng)進行檢查和維護，包括檢查油液的質量和液位、清洗油路和濾芯等，確保潤滑系統(tǒng)的正常運行，減少機械故障的發(fā)生。第四，檢修計劃。建立完整的水輪發(fā)電機組檢修計劃，對設備進行定期檢修和維護，包括清洗、檢查和更換關鍵部件，以延長設備的壽命，提高設備的穩(wěn)定性。第五，數(shù)據(jù)庫管理。建立完整的水輪發(fā)電機組數(shù)據(jù)庫，記錄設備的使用情況、維修記錄和故障信息等，通過大數(shù)據(jù)分析技術，及時發(fā)現(xiàn)設備的問題并進行預防和處理。第六，智能警報系統(tǒng)。安裝智能警報系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)設備的異常情況并進行預警，減少故障的發(fā)生，降低不必要的損失。第七，人員培訓[7]。加強維護人員的培訓，提高相關人員對設備的認識和維護能力，使其能夠及時發(fā)現(xiàn)設備問題并進行處理。

4 結語

水電站水輪發(fā)電機組是我國清潔能源發(fā)電設備中的重要組成部分，經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，為生產(chǎn)帶來了嚴重的影響。通過強化硬件設計等多種處理方法，可以有效解決水輪發(fā)電機組運行中存在的各類問題，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性，促進清潔能源的發(fā)展和應用。通過不斷探索和創(chuàng)新，能夠進一步提高水輪發(fā)電機組的運行效率和安全性，為我國的清潔能源事業(yè)做出更大的貢獻。