关键词：小型水电站；水轮发电机；转子故障
引言：水电站的建设在优化我国电力生产结构、节能降耗、水体治理等方面均发挥出不同程度的作用。小型水电站的正常运行离不开发电机组的高质量运转，但发电机组内部结构相对复杂，加上其长期连续运转于自然环境当中，易因其他因素影响而发生故障，严重阻碍正常电力生产活动的开展。为进一步发挥小型水电站生产优势，需要对发电机组故障维修及维护经验进行总结。
1发电机组故障监测方法
水轮发电机结构复杂，如图1所示。故障监测发生在故障出现之前，通过对水轮发电机运行过程中的温度、声响、电流、电压等参数的观察，及时发现运行异常，并对其故障隐患进行排查。
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图 1 水轮发电机内部结构
1.1温度监测
发电机及轴承处于正常运行状态时，其温度会维持在一个合理范围内，若温度过高，机组及轴承的运行效率会大大降低，并给设备及零件本身带来更高的磨损速度。在故障监测环节，最简单的温度异常检测方法就是触摸目标结构，感应发动机外壳温度是否正常。若温度不烫手且不存在明显的变动，则证明其运行正常。此外，通过观察发动机组出线接头也能进行温度异常判断，当温度过高时，接头处受高温作用表现为红色，此时就需要进行深入的分析和检查，及时排除高温故障[1]。导致接头超温的原因也可能是紧固不牢，若无法直观判断出故障源，可进行停机检查。
1.2声音监测
水电站的水轮发电机组属于大型工业设备，其在运行过程中不可避免会发出一些声响，这些声响也成为监测发电机组故障情况的一项重要指标。例如，当结构中局部螺栓出现松动时，就会发出更大的声响并伴随振动。导致该现象的原因也可能是轴承缺油或磨损严重，可根据实际情况逐一进行排查。
1.3电流电压监测
因电路问题导致的发电机故障通常比较严重，致使发动机损坏，无法正常使用。对电路故障的监测一般通过观察电流和电压指标进行。例如，通过气味判断电路是否因负载过高而出现升温、烧灼现象，发现异常及时停机进行检查。随着信息技术在电力生产中的应用普及，不少小型水电站引入信息化监测系统，对发电机组电路运行情况进行实施监控。
2小型水电站发电机组检修维护方案
2.1发电机组检修维护流程
小型水电站发电机组检修维护工作可分为计划性检修和临时性检修，其中，临时性检修灵活度较高，其目的是为了通过不定期检查保养工作的开展，提升发电机组运行稳定性。计划性检修依照检修范围不同，分为小程度检修、大程度检修检修和扩大程度检修三类，如表1所示，对以上三种检修方法进行对比分析。
表 1 三种计划性检修方法对比分析
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小型水电站在开展发电机组检修维护工作时，应严格依照表中要求，对机组检修任务进行等级划分，确保发电机组能够在适当的时间得到全面的检查和保养。重点关注经常性损坏与事故损坏的区分问题。其中经常性损坏可通过前期保养维护工作而有效排除，如因零件间相互摩擦导致的损坏、裂缝、寿命缩短等问题。
2.2发电机组故障处理方案
2.2.1转子接地故障
小型水电站水轮发电机转子接地故障分为一点接地和两点接地两种情形。（1）一点接地。该故障直观表现为，指针指示无异常，但当出现警铃反应或一点接地信号后，计算机均报警。发现该问题后，需要对发电机组转子的一点接地信号进行检查，查看是否能够正常复位，根据结果判断一点接地类型。观察电压表判断转子电压是否正常。检查励磁回路，以找出出现一点接地的确切位置[2]。若转子为非金属性接地，要求及时将故障反映给上级部门，申请停机检查；若为金属性接地，完成以上操作的同时还需要做好备用机组启用准备。一般的一点接地故障都能在2h内检修完毕，若无法完成，就要准备进行停机处理。（2）两点接地。判断转子两点接地故障的信号有五，即警铃响起，计算机给出报警提示信息；转子电流明显增强、电压降低；无功功率表示值减小，或发生功率因数进相、有功负荷降低情况；机组外壳出现剧烈震动并伴随声响；失磁保护被启动。发生两点接地故障后，转子电流激增，极有可能导致设备受损问题，另外剧烈的振动也会给设备本身造成影响。要求立即停机，做好协调工作并进行彻底检修。
另外，断线也是常发于发电机组转子回路中的故障。回转子电流表的指针呈现归零趋势，且励磁电压增大、电流减小。要求立即停机，查看FMK动作是否正常。
2.2.2定子接地故障
定子接地故障指的是发电机组的定子绕组回路或与之相关的其他系统出现短路，可分为瞬间接地、永久性接地和间断接地三种类型。直观表现为，警铃报警，计算机给出故障信息提示，定子三相电压波动，且在电压表中出现零序电压。处理方案为：首先，检测三相对地电压判断真假、接地。其中真接地的接地相对地电压减小或趋于0，而非接地相的对地电压增大，上升至相电压和线电压之间。假接地相电压不变，但线电压出现失衡问题。其次，若确认为内部接地故障，需要上报申请停机检查，并启动备用机组或选择将电动机组负荷转移到其他机组。再次，若确认为外部接地故障，查明原因后上报，结合反馈信息做下一步处理。最后，实时监控选择接地期间的发电机接地电压变动，一旦发现消弧线圈故障，立即停机检修。
2.2.3油压降低故障
水轮机组安有紧急制动系统，发生压油槽优雅降低故障时，机组会自动停止。监测到油压降低故障信号后，需仔细观察自动停机动作的发生情况。若出现油压低于紧急制动标准但未自动停机情况，需立即进行油压恢复操作。油压恢复顺利，可无需停机，若无法有效恢复，则要求手动停机进行维修。详细查看导致油压降低的原因。例如，因管路破损导致漏油引发油压下降时，需要关闭水闸门维修。而因人为操作失误或系统判断错误导致的停机，可在恢复信号后重新运行。
2.2.4温度过高故障
发电机组温度过高是一类常见故障，此时计算机会给出高温故障提醒。定子线圈、铁芯、热风处的温度均要高于临界值。若因有功负荷过高或定子电流超标导致的高温故障，可将相应参数调整到合理范围进行处理；若为温感装置测量失误，需要找出故障点并寻求专业维修人员的帮助；若因空冷器系统水流调节阀开度不足造成温度上升，调整阀门开闭程度即可；若因冷却水水压不够导致冷却效果不佳，需检查水泵是否出现异常，并向机组中引入备用冷却水，尽快使水压恢复到正常状态[3]。若因空冷器发生堵塞导致的升温，可通过短时加压供水或更换冷却水的方式处理；若发现空冷器水流控制阀阀芯掉落，将故障机组负荷转移至其他机组，并适当降低冷、热风的温度；在不影响水电厂生产能力及生产系统的基础上，对机组的有功负荷及无功负荷进行优化配置。若通过以上检修方案，温度过高故障均无法被排除，且发电机组定子的线圈、铁芯温度已超过120℃，需要及时上报并停机。
结论：随着社会生产生活对电能的需求逐渐提升，小型水电厂也将面临更大的生产压力，发电机组的运行负荷也将进一步增加。为此要求水电厂结合自身生产情况及发电机组配置情况，全面监测发电机组运行状态，依照要求定期和不定期开展机组检修、维护工作。最大限度排除机组故障隐患，防止其带故障运行，进而提升发电机组负载能力及运行可靠性，为电力资源稳定输出贡献力量。
参考文献：
[1]沙列尔.探讨中小型水电站水轮发电机组的检修[J].环球市场,2017(3).
[2]王瑶珉，施勇军．水电站水轮发电机组的常见故障与维护叨[J]．科技，2015.
[3]李松领．基于故障树分析的水电机组振动故障诊断研究[D]．南昌：南昌工程学院，2015．
论文作者:颜琪
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年23期
论文发表时间:2020/5/8