廣西泓源電力有限公司宜州水力發(fā)電廠 韋 斌 梁思寧

水輪發(fā)電機(jī)組是水電廠的核心設(shè)備，主要作用是將水流動能轉(zhuǎn)換為電能，其正常運(yùn)行是電廠安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)[1]。因此，確保水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行顯得尤為重要。要確保水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，對其進(jìn)行日常的檢修和維護(hù)是非常必要的。本文結(jié)合某水力發(fā)電廠多年的檢修及維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，分析水輪發(fā)電機(jī)組常見主要故障及其解決方法，并從管理學(xué)角度提出日常檢修及維護(hù)措施，以期為同行提供借鑒。

1 水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行影響因素

1.1 水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機(jī)組主要部件有定子、轉(zhuǎn)子和勵磁裝置等[2]。定子主要是穩(wěn)定水輪發(fā)電機(jī)組，由機(jī)座、鐵芯和繞組等組成。轉(zhuǎn)子保證發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，主要結(jié)構(gòu)有輪轂、風(fēng)扇和主軸裝置等。勵磁裝置為轉(zhuǎn)子提供磁場，使轉(zhuǎn)子與定子間有穩(wěn)定的磁場，確保水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。

1.2 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行影響因素

機(jī)組質(zhì)量、安裝、運(yùn)行條件、檢修、維護(hù)等都會影響水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。例如，機(jī)組質(zhì)量不合格，投入運(yùn)行后易發(fā)生故障；再如安裝工藝達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，同樣影響機(jī)組運(yùn)行。因此，嚴(yán)格把好機(jī)組質(zhì)量關(guān)和嚴(yán)格執(zhí)行安裝流程，是保證機(jī)組運(yùn)行的先決條件。

運(yùn)行條件也是影響機(jī)組運(yùn)行的重要因素之一。如機(jī)組的過電壓、過負(fù)荷運(yùn)行等都會加速絕緣的老化，水流的氣蝕會加速破壞葉片，振蕩也對機(jī)組產(chǎn)生危害。檢修與維護(hù)同樣是影響機(jī)組運(yùn)行關(guān)鍵因素之一。在實(shí)際工作，機(jī)組受損大多是由于不恰當(dāng)?shù)木S護(hù)造成，例如使用變質(zhì)的機(jī)組油，由于油的絕緣或潤滑性降低，造成機(jī)組受損；此外，不合理的運(yùn)行以及不當(dāng)?shù)牟僮?，例如非同期并網(wǎng)，也會破壞機(jī)組。

2 水輪發(fā)電機(jī)組常見故障

2.1 高溫故障

水輪發(fā)電機(jī)組長期運(yùn)行會產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、鐵芯、定子、軸承等溫度過高。溫度過高產(chǎn)生不利影響，造成發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不正常。例如，軸承溫度過高，內(nèi)置于發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器可能發(fā)生緊急制停，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)故障而停機(jī)[3]。

水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)高溫情況，要及時(shí)降溫，最大限度降低負(fù)面影響。同時(shí)，加強(qiáng)溫度檢測，分析高溫原因，評估是否屬于正常發(fā)熱，以免做出錯誤判斷。此外，要加強(qiáng)日常維護(hù)，及時(shí)掌握設(shè)備溫度變化，防止溫度過高。

2.2 超負(fù)荷故障

超負(fù)荷是指定子部分的電流是額定電流的1.1倍以上[4]。超負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組會打破設(shè)備過載保護(hù)，造成故障，從而無法正常運(yùn)行。短暫超負(fù)荷運(yùn)行影響不大，但長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行會對設(shè)備產(chǎn)生明顯的不利影響，降低了發(fā)電效率。超負(fù)荷也是常見水輪機(jī)電組故障之一。

水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)超負(fù)荷時(shí)會自動報(bào)警，此時(shí)必須及時(shí)處理，一要檢查各種影響發(fā)電機(jī)組功率的因素是否在額定范圍內(nèi)，若不在則應(yīng)立即進(jìn)行調(diào)試以降低負(fù)荷；二要及時(shí)處理發(fā)電系統(tǒng)故障，因?yàn)檫@些故障易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組瞬時(shí)過載故障，影響水電站的正常運(yùn)行。

2.3 轉(zhuǎn)子接地故障

長期運(yùn)行的機(jī)組，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部受潮、冷卻介質(zhì)泄漏、絕緣老化以及機(jī)械振動等因素，造成轉(zhuǎn)子對地絕緣水平降低，引發(fā)轉(zhuǎn)子接地故障。以上是水輪發(fā)電機(jī)組常見的故障，分為轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地（如圖1所示）。

圖1 轉(zhuǎn)子接地電路示意圖

從圖1中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子一端接地時(shí)，由于未形成回路，電流沒有分流，流經(jīng)各個(gè)轉(zhuǎn)子繞組（R1、R2、…Rn）的電流（I）是相等的，因此各個(gè)轉(zhuǎn)子繞組受到定子引力也是相等，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)仍能保持平衡狀態(tài)，機(jī)組不發(fā)生振動，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常。當(dāng)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地時(shí)，由于接地1和接地2形成了回路，電流也分流（形成I1、I2），流經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組R2的電流（I1）和其他轉(zhuǎn)子繞組如R1、Rn的電流（I）不相等，因而其所受到的定子引力不相等，這種不平衡會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生振動，造成定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞而導(dǎo)致電機(jī)受損。

此外，兩點(diǎn)接地還引發(fā)其他嚴(yán)重后果，一是當(dāng)轉(zhuǎn)子電流比較大時(shí)，會出現(xiàn)過熱燒壞轉(zhuǎn)子和造成轉(zhuǎn)子鐵芯被磁化；二是電流通過轉(zhuǎn)子引起局部發(fā)熱，使轉(zhuǎn)子發(fā)生緩慢變形成偏心，進(jìn)一步加劇振動；這些均會造成發(fā)電機(jī)組無法正常運(yùn)行[5]。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)該立即采取措施，投入兩點(diǎn)接地保護(hù)或停機(jī)，以消除故障。

2.4 空蝕故障

空蝕是指在壓力變化條件下，與流體作相對運(yùn)動的過流工件表面發(fā)生腐蝕破壞的現(xiàn)象[6]?？瘴g是水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中常見的故障之一?？瘴g對水輪發(fā)電機(jī)組危害極大。

一是直接破壞過流部件特別是葉片。輕度空蝕會使轉(zhuǎn)輪葉片表面侵蝕成麻點(diǎn)、粗糙不平，嚴(yán)重空蝕呈海綿狀，甚至使轉(zhuǎn)輪葉片穿孔、掉塊。

二是降低水輪機(jī)效率[7]?？瘴g故障本身不利于水輪機(jī)的運(yùn)行，當(dāng)造成葉片表面破損后，會加大水輪機(jī)的摩擦損失，同時(shí)影響水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)水的流態(tài)，降低水輪機(jī)的效率。

三是縮短了檢修周期，增加了檢修成本。因此，必須重視水輪機(jī)空蝕故障，每年至少對水輪機(jī)進(jìn)行空蝕檢查一次，主要檢查葉片、輪轂、轉(zhuǎn)輪室、流道等部位，以確保水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。

2.5 甩油故障

水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的甩油現(xiàn)象，原因可歸納以下幾種。一是水輪發(fā)電機(jī)組的長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行；二是機(jī)組設(shè)備中的油箱加油過多；三是油箱頂蓋螺絲松動，密封性降低。由于油屬于易燃易爆化學(xué)品，甩油最大的風(fēng)險(xiǎn)是容易導(dǎo)致火災(zāi)故事的發(fā)生。同時(shí)，甩油還會造成定子溫度升高、增加定子線圈保養(yǎng)難度、降低定子絕緣水平、引發(fā)定子線圈接地進(jìn)而發(fā)生相間短路等。因此，機(jī)組一旦出現(xiàn)甩油，檢修和維護(hù)人員必須立即進(jìn)行排查處理、排除風(fēng)險(xiǎn)。

3 檢修和維護(hù)管理措施

3.1 提高檢修和維護(hù)人員的專業(yè)水平

檢修和維護(hù)人員的專業(yè)水平是水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的重要保障。因此，必須提高檢修和維護(hù)人員的專業(yè)水平。一是招聘專業(yè)的技術(shù)人員從事檢修和維護(hù)；二是利用各種途徑加強(qiáng)對現(xiàn)有的檢修和維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，如定期和不定期的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，包括由廠內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員或其他水電廠的老師為技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)；三是有計(jì)劃地組織專業(yè)技術(shù)人員到學(xué)校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或其他水電廠學(xué)習(xí)；四是在水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，組織現(xiàn)場檢修和維護(hù)會，通過查找故障、分析故障及解決故障，形成現(xiàn)場教學(xué)培訓(xùn)。此外，還必須加強(qiáng)對技術(shù)人員的考核，使其不斷地有學(xué)習(xí)的壓力，以適應(yīng)新時(shí)期水電廠水輪發(fā)電機(jī)組的檢修和維護(hù)要求。

3.2 定期檢修和狀態(tài)檢修相結(jié)合

檢修對于確保水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行至關(guān)重要，通過定期檢修和狀態(tài)檢修相結(jié)合的方式可及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在的問題并修理，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

定期檢修是例行檢修，目的是保持水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，減少故障發(fā)生。定期檢修應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn)和實(shí)際情況來制定檢修計(jì)劃，確保設(shè)備得到全面、準(zhǔn)確地檢修。根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組檢修規(guī)模和停用時(shí)間，定期檢修實(shí)行分級管理（見表1）。定期檢修時(shí)間通常根據(jù)機(jī)組發(fā)生故障的周期來確定，鑒于水電廠受到季節(jié)影響，一般在枯水期檢修，因?yàn)榭菟诎l(fā)電機(jī)組發(fā)電頻率低，有利于減少經(jīng)濟(jì)損失。定期檢修應(yīng)當(dāng)提前對機(jī)組的故障進(jìn)行判定，盡可能將各種故障隱患及時(shí)排查和檢修，使機(jī)組的損失降到最低。

表1 水輪發(fā)電機(jī)組定期檢修的分級管理

狀態(tài)檢修也稱作診斷檢修，是利用計(jì)算機(jī)對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和分析，評估機(jī)組狀態(tài)，判斷是否正常運(yùn)行。狀態(tài)檢修可以提前了解機(jī)組運(yùn)行狀況，防止故障進(jìn)一步加劇。特別重要的是，狀態(tài)檢修是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和科學(xué)信息管理系統(tǒng)的結(jié)合，可有針對性地開展檢修，縮短診斷時(shí)間，提高工作效率。鑒于狀態(tài)檢修主要依托于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，受干擾較少，因此只要保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全可靠，即可保證水輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢修結(jié)果的可靠性。為了更好地進(jìn)行狀態(tài)檢修，特別是對一些重要部件檢修，應(yīng)當(dāng)安裝兩個(gè)具有自動傳輸功能的傳感軟件，以防一個(gè)軟件出現(xiàn)故障時(shí)仍有一個(gè)可用，確保檢修不受影響，也不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

3.3 加強(qiáng)發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)

加強(qiáng)日常維護(hù)也是保障水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的重要舉措。首先是從制度上保證落實(shí)。檢修和維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)責(zé)任意識并確保各項(xiàng)措施得到落實(shí)。其次，在實(shí)際工作中應(yīng)做到“點(diǎn)”“面”結(jié)合?！懊妗笔侵刚w情況，如定期清理環(huán)境衛(wèi)生、減少積水、保持設(shè)備整齊干凈等?！包c(diǎn)”指的是對某種設(shè)備或部件進(jìn)行維護(hù)，如對更換清理油泵、定期清掃汽水分離器、為調(diào)速器杠桿連接處注入機(jī)油、更新部分零部件并保養(yǎng)等。這些維護(hù)有利于確保水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，進(jìn)而保障水電廠的正常發(fā)電。

4 結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是水電廠正常發(fā)電的重要保障。要使水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，檢修和維護(hù)是極為重要的，也是必要的。只有做好檢修和維護(hù)工作，才能防止水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障，確保其始終保持安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，從而確保水電水廠正常運(yùn)行，為社會提供更加穩(wěn)定的電能。