水轮发电机在线故障处理系统应用研究

李明　李勇

摘要：在线故障处理系统是利用计算机技术为设备建立在线故障处理平台，实时调节设备故障状态下的运行模式。近年来，水电站设置在线故障处理系统作为调控模块，满足了水轮机组安全控制运行要求。文章分析了水轮发电机原理及在线故障处理系统特点，为水轮发电机设计智能性的故障感应系统，对常见故障提出在线处理方法。

关键词：水轮发电机；在线故障处理系统；计算机技术；设备故障；水电站 文献标识码：A

中图分类号：TM312 文章编号：1009-2374（2015）18-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.073

在线故障处理技术应用于水轮发电机是技术革新的产物，也是带动电力产业经济发展的关键因素。我国发电行业市场逐渐走向开放性，这为企业参与科技化改造创造了有利条件，严格控制水轮发电机运行效率是重点。因而，全面推广在线故障处理技术用于电力行业，有助于缓解企业生产压力，借助高端科技实现产业技术升级。

1 水轮发电机的原理

发电机采用立轴半伞式水轮发电机，推力轴承位于发电机转子下部的下机架上。轴系由上端轴、转子支架中心体、发电机主轴和水轮机主轴组成，并由发电机上导轴承支撑。发电机采用密闭双路无风扇自循环端部回风空气冷却系统，热风由12个固定在定子机座周围的针式高效冷却器冷却。

2 在线故障处理系统的特点

从宏观角度来说，在线故障系统也是以网络现代化建设为中心的保障性活动，所有项目内容与水轮发电机在线故障处理是相互配套的，本质上是为了更好地服务于水力发电行业改革经营。现阶段，水轮发电机组在线故障处理具有操控便捷、功能多样等特点，满足了水电站设备故障监测与处理要求。

2.1 操控便捷

在线故障系统与工业计算机联用具有易操控特点，这种特点对未来水轮发电机控制方案具有多方面指导作用。例如，计算机网络构建云计算中心指挥，根据地区与地区之间供电传输要求，即时启动云网络传输服务功能，实时掌握水电站机组运行动态。此外，测量技术、检测技术、加工技术、材料合成技术等均是水轮机工作中不可缺少的技术方式，根据发电生产需要实施自主搭配，体现了在故障处理系统的可操控性能。

2.2 功能多样

水轮发电机在线故障处理系统之所以特殊，关键在于计算机系统的多功能特点。基于计算机平台完成故障信号传输是“多样式服务”，水轮发电机在线故障处理系统具有可持续性，而且有特定的经营周期、维护周期、调试周期等，其在线故障处理系统也要随之跟踪调整，为水力发电创造更加优越的环境。因而，除了针对机组故障实施处理外，在线系统也配备了多种故障监测服务，大大减小了值班人员调控机组的难度。

3 在线故障感应系统模块设计

新时期我国电力行业步入新的发展阶段，水轮发电机是水力发电生产的基本保障，利用机组调控发电作业状态，满足了广大用户实际用电需求。在线故障处理系统是发电机监控的主要功能模块，其故障感应系统是尤为关键的构成部分，整体规模围绕着故障感应信号传输进行设置，主要包括：

3.1 感应模块

设置电子感应器作为主控元件，24h对探测信号进行感应与收录，掌握最准确的故障感应信息。水轮发电机是基于人工智能平台的新装置，其感应模块设计符合新电子技术的应用要求，自带了智能扫描与识别技术。例如，远程传输中为了增加信号强度，利用超远程感应仪器作为中转中心，延续了不同信号的传输强度。

3.2 处理模块

原始故障信号并非完全有用，此时要经过机器人故障感应处理模块详细筛分，从信号类别、路径、强度等综合筛查，选择与机组故障有关的信息。由于工业计算机技术日趋成熟，在线故障处理配备了强大的服务器，可同时完成多类信号处理任务。因此，远程信号传输也经过多层次处理，使调度中心所得数据更加准确。

3.3 传输模块

信号传输是故障系统感应人工指令的介质，应时刻掌握信号输出与传输的具体动态，提出切实可行的设备控制方案。远程控制是信号传递模式的发展趋势，利用远程网络实现信号一体化调度，加快了探测数据传输与执行的工作效率。当前，在线故障系统主要借助无线网实现信号远程传递或设定中转站延长信号传输路径。

4 水轮发电机常见故障的处理方式

一般来说，水轮发电机主要故障包括电机过负荷、定子温度过高、机组功能失效等，这些故障不仅中断了水力发电运行模式，也容易造成机组设备受损。基于上述在线故障处理系统平台，值班人员要懂得如何解决机组运行故障，通过在线观察与分析提出科学的处理方式。具体如下：

4.1 电机过负荷

4.1.1 故障现象。随着社会用电需求量增长，水电站机组发电指标大幅度增加，满载运行是水轮发电机普遍存在的问题，这必然导致机组因荷载超标而发生过负荷故障问题。点击过负荷故障表现形式多样，主要包括：控室上位机发“定子过负荷”信号，相应语音提示报警；发电机定子电流超过额定值；发电机有、无功负荷及转子电流之一或全部超过额定值。

4.1.2 故障处理。降低电机运行荷载是故障处理的关键，检修人员要尽可能减小机组运行荷载，这对缓解故障问题是十分有效的。例如，查发电机的功率因数和电压，电流的变化情况；如电压或频率升高，应立即降低无功或有功负荷，使定子电流降至额定值，如调整无效，应迅速查明原因，采取有效措施，消除过负荷。

4.2 定子温度过高

4.2.1 故障现象。定子长期满荷载运行会发生温度过高问题，这也是水轮发电机主要故障之一。通过在线故障感应系统监测发现，发电机定子在用电高峰期易受到温度影响，破坏了定子结构工作的协调性，常常发出错误的状态信号。例如，中控室上位机发“定子温度升高”信号，相应语音提示报警；发电机定子线圈或冷、热风温度指示超过正常值。

4.2.2 故障处理。值班员发现发电机温度过高时，应立即报告值长；值班人员应立即检查风洞内是否有绝缘焦嗅味及其他异常现象；检查定子三相电流是否平衡，如有明显不平衡现象，应立即设法消除或降低定子电流。必要时可实时添加温度调控系统，利用人工通风、电机通风等方式，及时调节机房内的工作温度，以免定子出现温度故障。

4.3 发电机电气参数显示失常

4.3.1 故障现象。设备故障对机组工作性能造成不利影响，强化水轮发电机组故障监测可降低故障造成的护理影响。发电机定子或转子电气参数个别或几个指示突然失常，发电机运行正常。

4.3.2 故障处理。当发现某一参数指示突然失常时，值班人员应根据具体情况及其有关参数指示情况进行分析，判断是否该表计本身或二次回路故障；如定子电压指示为零，同时有功、无功指示失常，而定子、转子电流指示正常时，应检查电压互感器及其一、二次回路是否正常。

4.4 机组功能失效

4.4.1 故障现象。发电机发电运行中突然变成调相机，发电机有功负荷显示为零，无功显示升高，定子电流显示稍降低；定子电压显示正常，转子电流稍有降低；导叶开度至空载开度以下。

4.4.2 故障处理。当发电机变为调相机，如无“水轮机事故”信号出现，也未接到现地值班人员关于“紧急停机”的报告时，值守人员应立即加上有功负荷，使发电机转为发电的运行工况；如在远方操作加不上有功负荷，应立即通知值班人员到现地操作，使机组带上有功负荷。

5 结语

在线故障处理系统设计完成，水电站要根据发电作业实况拟定操控模式，充分发挥在线故障处理系统的功能特点，为水电站自动化建设提供技术性支撑。除了考虑故障感应信号传输外，设定存储区也是很关键的，可以及时捕捉与水轮发电机作业相关的信号，为值班人员采取故障处理措施提供指导性意见。

参考文献

[1] 刘晓波，黄其柏.基于动态核聚类分析的水轮机组故障模式识别[J].华中科技大学学报（自然科学版），2009，（9）.

[2] 吴明强，李霁红，曹爱东，史慧.故障诊断专家系统综合智能推理技术研究[J].计算机测量与控制，2014，（10）.

[3] 沈东，褚福涛，陈思.水轮发电机组振动故障诊断与识别[J].水动力学研究与进展（A辑），2010，（1）.

[4] 李君胜，闫树仁，王海，王树坤.计算机在水力发电机组设计、制造中的应用[J].水利科技与经济，2008，（1）.

[5] 王秀英.浅析水力发电机组检修所存在的问题及解决策略[J].科技与企业，2013，（23）.

[6] 杨晓萍，南海鹏，张江滨.信息融合技术在水轮发电机组故障诊断中的应用[J].水力发电学报，2004，（6）.

作者简介：李明（1987-），男（土家族），凤滩水力发电厂助理工程师，高级工，研究方向：水力发电运行；李勇（1980-），男（苗族），凤滩水力发电厂助理工程师，高级工，研究方向：水力发电运行。

（责任编辑：陈 倩）