水轮发电机组运行故障诊断与分析

黄裕开

关键词：水轮发电机组;水利水电;状态修;故障诊断

引言：随着用户近年来对供电质量和可靠性的要求不断提升，电力企业需要更加重视对发电设备的运维管理工作。在水电系统中，传统的设备维护过程中的定期检修理念已经无法满足电力系统的发展需求，急需推出结合设备运转故障情况进行状态诊断的全新维修模式。为满足工作要求，水轮发电机组设备管理人员需要掌握设备各类运行故障情况，结合设备现状推出相应的状态监测系统，为水力发电的可靠性提供保障。

1 水轮发电机组运行故障介绍

1.1 参数异常

发电机组运行期间往往会因为参数异常导致故障情况，部分参数未在规定范围内将导致设备性能无法正常发挥，严重时可能造成设备损伤情况。一般而言，参数异常对发电机组的影响较小，但该异常情况通常较为隐蔽，在长期无法发现的情况，发电机相关部件受到持续损伤，不仅影响参数结果的精准性，甚至引发一系列的次生故障[1]。

1.2 温度异常

在发电机组运行过程中，铁芯、转子、定子等各种发电机的部件温度均会在电流的作用下出现稳定升高的情况，在处理不及时的情况下将会导致设备温度过高，甚至可能出现部分零部件烧熔的问题。在实际运行过程中，部分金属部件可能因异常松动或异物堆积等情况形成闭合回路，在耦合磁场的作用下形成较大的磁感应电流，导致设备过热、短路等故障问题，甚至可能对整个发电机组的正常运行造成严重威胁。

1.3 转子异常

发电机的运行稳定性离不开转子等部件的支持，转子异常将导致发电机无法正常运转，进而使得电力生产作业中断等问题出现。一般而言，转子更容易出现接地故障，常见的接地故障主要为两点或单点接地。在单点接地情况下，发电机短期内不会产生较大故障电流，但会导致转子某一极对地电压升高，随着时间的推移将危害转子绝缘，进而引发两点接地这种影响转子正常运行的故障问题。

1.4 机械故障

机械故障通常与水力發电机维护管理质量不佳存在关联，在设备老化、松动、表面污染等问题长期无法处理的情况下，发电机的故障率将大幅度提升。例如，随着设备的运行，在长期未做好机组进水口拦污栅清理工作的情况下，部分杂质将随着水流进入水轮机流道，水轮发电机将会出现堵塞、振动、剪断销剪断等异常情况，同时也会因为剧烈振动引发更多次生故障[2]。发电机内部的零部件在缺乏保养的情况下将更容易出现老化、磨损问题，如定子接地、定子松动、线缆脱出等问题，严重时可能导致发电机停止运行。调速系统的杠杆运行离不开压力油的支持，在长期缺乏巡视和油质缓慢劣化的情况下，逆变部件更容易出现腐蚀、磨损等异常情况，最终导致发电机运行可靠性降低。

2 水轮发电机组运行故障诊断52

水轮发电机组常见故障虽然表现出多样化的征兆和状态，但各种状态的具有表征对于故障的快速诊断具有重要意义，如电磁场分布异常、转子碰撞磨损等问题的出现都会以振动的状态展现出来。相对而言，发电机组在正常情况也可能存在轻微振动情况，但因设备故障引发的振动问题则存在明显不同的特征，严重时可能引发停机等问题。电厂工作人员需要针对各发电机设备做好故障现象、故障原因等各类数据信息的记录工作，为后续的故障快速诊断和状态修系统建设提供数据支持。下面从发电机组振动故障方面入手，对发电机异常情况进行诊断分析。

发电机组的机械故障主要体现在主轴直径尺寸不合格、轴系偏移、转子不平衡等方面。其中，不平衡的转子在运行过程中会因为离心力导致设备产生振动，而且在转速持续提升的情况下，振动幅度也因此增强。轴系偏移问题与轴承安装不合格或设备设计制造匹配度不足存在关联，针对这一问题，电厂需要做好设备安装前检验和安装人员技能培训工作，规避轴系不对称等异常情况。在主轴选型安装过程中，电厂需要做好检测和调控工作，避免因主轴过细导致发电机转子相关设备长期超负荷运行，造成挠度振动等异常情况。在加强设备安装质量管控力度的同时，发电厂需要做好设备日常运维管理工作，结合状态修监测结果进行设备清洁处理、注油保养等各项工作，有效规避机械故障问题。

机械振动问题的出现与转子零部件磨损、定子和转子存在不均匀间隙、铁芯松动等也存在一定关联。针对铁芯松动引发的故障问题，工作人员可以结合状态修监测结果进行排查处理，通过对铁芯进行压紧处理的方式消除故障。针对间隙不均匀问题，工作人员需要及时做好转子、定子间隙调整工作，并针对磨损较大的部件进行更换，避免因转子零部件破损影响其平衡性，导致更严重的振动问题。在水轮发电机组设计不合理的情况下，也可能导致机组设备在水流的作用下产生异常振动问题[3]。一般而言，当电厂将叶片振动区设定在机组正常运行状态时，将会导致振动加剧情况，而运行期间水流携带的各类垃圾也可能导致叶片振荡、堵塞等问题出现。在主轴缺乏稳定性的情况，机组转速容易在超出第一临界转速两倍的情况下产生更大的振动范围，即油膜振荡问题，电厂工作人员可以根据这一状态做好故障诊断定位工作。

3 水轮发电机组运行状态监控

为了推进状态修在发电厂中的顺利实施，电厂管理人员需要做好设备运行故障情况、运行状态数据信息的积累工作，积极引进自动化、智能化技术，建立现场数据采集、远程状态监控和智能诊断相融合的设备状态实时监控系统，实现机组设备异常情况的快速诊断，通过事前预控的维护模式提升设备运行可靠性。

结语：综上所述，水轮发电机组运行过程中往往会因为参数异常、温度异常、转子异常、机械故障等各类情况下出现设备运行中断、设备异常振动等问题。在各类故障诊断过程中，电厂工作人员需要做好各类引发故障的部件、故障现象相关数据的统计工作，同时需要积极引进智能化、自动化、计算机相关技术构建实时监测、智能诊断的监控系统，为水轮发电机组的可靠运行提供帮助。

参考文献：

[1]孟繁欣，王振羽，王树新，等.水轮发电机组振动故障诊断技术综述[J].科学技术创新，2019（34）：191-192.

[2]党建，何洋洋，贾嵘，等.水轮发电机组非平稳振动信号的检测与故障诊断[J].水利学报，2016，47（02）：173-179.

[3]范小波，何虎昌，朱红波.基于大数据平台的水轮发电机组故障诊断系统[J].电力大数据，2019，22（11）：86-92.