试析水轮发电机组的常见电气故障与维护

王塞北　王亚楠

摘要：对水电站水轮发电机组的工作原理、组成及故障诊断进行了简要介绍，分析了水轮发电机组的3个常见电气故障，并提出了水轮发电机组的维护策略。

关键词：水轮发电机;水电站;电气故障;日常维护

1 水电站水轮发电机组概况

1.1    水轮发电机工作原理

水轮发电机是一种以水轮机为原动力，将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站必不可少的核心设备之一。其具体工作原理是当水流流过水轮机转轮时，会带动水轮机转动，水的机械能转化成水轮机的机械能，而水轮机转轴与发电机的转子相连，水轮机转动可以带动发电机转动，进而产生电能。

1.2    水轮发电机组成

水轮发电机由转子、定子和励磁装置等主要部件组成[1]。机座、铁芯和绕组等各个部件组成了定子，通过其配合运行达到水轮发电机组稳定运行的效果。转子是用来保证水轮发动机组正常且稳定运转的部件，由轮毂、风扇、主轴装置组成。为了保证水轮发电机转速稳定，一般水轮发电机转子的转动惯量比较大，因此，水轮发电机组的转子一般较为笨重，不易移动。而励磁装置则为笨重的转子提供稳定的发电能量，给水轮发电机组的转子提供磁场，使转子和定子之间有稳定的磁场，保证整个水轮发电机组的正常运行。水轮发电机组的各个部件各司其职，配合工作，进而将水的机械能转化为电能，保证水力发电厂的正常工作。

1.3    水轮发电机故障诊断

水轮发电机故障诊断是其维修工作中非常重要的环节之一，也是影响维修成功与否的关键性环节。水轮发电机的故障诊断需要诊断人员具备较强的专业水平和丰富的维修经验。

水轮发电机故障诊断的第一步是对设备外观进行观察，根据设备外观上的一些特点判断设备的使用情况和可能发生的问题，包括了解确定设备的型号、使用年限等信息，以进一步对设备故障进行判断和维修。对于不同的故障类型，设备会有不同的外观反映，有些外观反映比较明显，维修人员可以快速辨认故障类型并进行处理，而有些外观反映并不显眼，需要维修人员在充分了解各类故障的基础上进行进一步细节观察，保证对故障的观察判断更加清晰、准确，以便于后续维修工作的开展。

水轮发电机故障诊断的第二步是要详细询问水力发电厂工作人员，了解设备日常的工作情况以及设备在发生故障前后的操作情况、设备的具体故障状况等，了解设备日常的使用频率，水电站日常对该设备的管理方法、保养方法等。这些都有助于检测维修人员对设备的故障程度进行准确分析。同时，检测维修人员需要在处理该设备问题以外，对该水电厂的工作人员，特别是设备的管理维护人员，补充关于设备的日常护理和保养知识，保证设备日常的使用和维护没有问题，防止多次产生设备故障，延长设备使用寿命。

最后，设备故障检测需要借助一些专业仪器，专业的精密仪器可以有效、快速地对設备故障点进行分析，帮助维修人员提高维修效率，减少维修人员不必要的设备检查等工作，减轻检测维修人员的工作量。

2 水轮发电机常见电气故障

水轮发电机常见故障一般分为电气故障和机械故障两部分，电气故障一般包括超负荷运转、温度过高和转子接地等，机械故障一般包括空蚀和振动等。

2.1    发电机组超负荷运转

对于一般的水轮发电机组来讲，定子部分的电流超过额定电流的110%即可视为超负荷工作。在超负荷状态下工作的发电机组会有警告提示，由于设备的过载保护被打破，设备运转出现问题，无法正常工作。长时间处于超负荷工作状态的设备会影响整个设备发电效率，导致发电厂发电计划难以正常完成。

首先，为了防止发电机组超负荷运转产生故障，在设备正常工作时，工作人员可以适当降低设备发出的无用功率，适当降低励磁电流，防止出现超负荷运转工作状态，影响设备工作效率。工作人员需要额外注意设备的运行功率，保证其在正常工作阈值范围内，防止设备出现超负荷工作状态。如果仍然出现意外情况，设备出现了超负荷工作状态，则需要工作人员及时降低工作机组的励磁电流，防止设备长时间低效率工作对发电厂运行产生影响。工作人员需要结合水轮发电机组运转的实际情况，调整工作机组的励磁电流。

2.2    转子接地故障

转子接地故障是水轮发电机故障中比较常见的一种，转子接地故障一般分为两类：转子单点接地故障和转子回路两点接地故障。一般情况下，转子单点接地故障不会直接使励磁电流流经故障部位，导致励磁电流出现问题，整个设备机组还可以正常运行。但是，这种正常运行很难稳定维持下去，因为随着单点接地时间推移，发电机组设备转子的正负极会发生倒转，导致转子单点接地故障演变成转子回路两点接地故障。当水轮发电机组设备出现转子回路两点接地故障时，故障部位一般出现在机组内部，会有励磁电流经过，导致出现回路电流。故障部位会直接导致设备出现振动或过热情况，导致设备无法正常运行[2]。

2.3    设备温度过高

水轮发电机组在工作中随着时间的推移，机组产生越来越多的热量本是正常现象，但工作人员需要对这些热量进行检测监控，保证其处在合理范围内，否则可能会导致设备机组无法正常工作，甚至导致机组内部零件熔融，对设备产生不可逆的负面影响，甚至会危及工作环境中人员的人身安全。

对于水轮发电机组的过热问题，一般情况下，其转子、定子和铁芯部位可能会由于漩涡现象出现非正常发热问题，进而导致定子部分的温度过高，水轮发电机机组不能正常运转。因而在水轮发电机工作时，工作人员需要对这一部分的温度进行检测，避免出现非正常发热现象。在日常设备维护工作中，工作人员需要及时注意测温系统是否正常，预防设备温度过高，对设备温度进行监控。如果设备过热现象已经出现，工作人员需要立刻联系相关维修人员对该问题进行处理，尽可能将这类不良影响降到最低，保证水电站的正常、平稳运行。

水轮发电机组设备的不同电气故障特点及其解决办法如表1所示。

3 水轮发电机组维护策略

3.1    落实日常维护工作

水轮发电机组的日常维护是非常重要的工作，其正常运行对水电站来说非常重要，水轮发电机出现故障会给水电站造成很大的损失，可以通过按时到位的日常维护工作排查水轮发电机组的各种故障，降低故障发生率，同时减少各类故障维修费用。

在日常维护工作中，维护人员只有充分了解水轮发电机组各类故障可能发生的位置、程度以及发生故障时水轮发电机会有什么样的反映等，才能在日常维护中对各类故障进行有目的性的排查。日常维护需要对水轮发电机组进行清洁，使工作人员可以及时处理设备运行故障。同时，需要及时清理水轮发电机附近地面的水渍，防止水渍危及设备电路安全。水轮发电机组本身配备了一些设备检测装置，比如定子部位的温度检测装置等。在日常维护工作中，维护人员要特别注意这些监测装置的工作状态是否正常，如果监测装置出现故障而维护人员并未察觉，那么水轮发电机组如果出现故障，比如局部过热，而温度检测装置由于故障未发出警告信号，其导致的后果将不堪设想[3]。

3.2    提高设备維护管理工作人员的专业水平

应当将水轮发电机组设备故障的预防工作落实到设备日常维护工作中，除了日常维护，水轮发电机组设备的管理和检修方法的合理性等都会对设备产生影响，进而对水电站的正常工作产生影响。

在设备日常维护工作中，高技术水平的维护人员可以准确判断设备需要特别注意的地方，对设备故障敏感度较高，在维护工作中可以及时发现水轮发电机组的异常状况，并对异常状况进行及时处理，保证水轮发电机工作时可以正常运行。

因此，水电站应尽量选用专业技术水平较高、理论知识扎实的人员。同时，水电站可以定期组织员工进行专业技术知识的学习，及时引进先进的技术，保证水电站的工程技术先进，员工技术不断进步，以此确保水电站可以长期、平稳运行。

3.3    定期进行设备检修

定期的设备检修对于保证水轮发电机的正常运行非常重要。水轮发电机这类大型设备，往往在运行一段时间后，某些零部件可能处于非正常运行状态，这些非正常运行状态短期内可能不会直接对水轮发电机工作产生较大影响，其工作效率短期内也不会明显降低，甚至设备的一些监测装置也可能没有及时检测到异常。但如果任由这些非正常状态持续进行，会危害水轮发电机组设备的使用寿命，最终导致故障的产生。而设备定期检修可以有效解决这一问题。定期检修工作需要对设备的各项指标进行比照，对设备的工作状态进行检测，对各个组件进行故障排查，保证设备运行稳定正常。

4 结语

水轮发电机组设备的稳定运行是水电站正常工作的基本保障。本文分析了水轮发电机组的3个常见电气故障，包括发电机组超负荷运转、转子接地和设备非正常发热，针对水轮机组的维护，提出了落实日常维护工作，提高设备维护管理工作人员的专业水平，定期进行设备检修的建议，以保证水电站水轮发电机组的正常稳定运行。

[参考文献]

[1] 王振羽，王永潭，王树新，等.水电站水轮发电机组的常见故障与维护[J].科学技术创新，2019（34）：176.

[2] 林子阳.丰满重建水电站发电机内部故障主保护配置方案[J].水电站机电技术，2019（8）：19-21.

[3] 卢胜文.谈电机推力瓦烧损的故障原因及检修[J].机床与液压，2010，38（12）：121-122.

收稿日期：2020-03-22

作者简介：王塞北（1986—），女，河北迁西人，工程师，研究方向：水利水电工程管理。