（新疆新华水电投资股份有限公司塔尕克水电厂 新疆阿克苏 843106）
摘要：随着水利工程领域技术的快速发展与进步，在大型水利工程中应用水轮发电机的项目越来越多。在大中型水力发电机组中，水力不平衡故障是较为常见的故障。为了实现对该故障的自动化判定和诊断，分析了水力不平衡故障产生的机理，文章论述了水电厂水轮发电机组的常见故障，并提出了维护的措施，仅供参考。
关键词：水电厂；水轮发电机组；故障；维护
1导言
水轮机发电机组是水电站的关键设备，机组运行状态的好坏直接影响水电厂的安全运行。水轮发电机组运行以水能为原动力，水力因素是引起和造成水轮机组振动的根本原因之一，如在水轮机过流部件（蜗壳、导叶、转轮、尾水管等）中，由于其制造、设计、安装等缺陷，水流在经过该部件所产生的相对于转轮中心的不对称和不平衡力作用在机组上，就会使机组产生机械振动，直接表现在机组振动摆度幅值变大，从而影响机组的安全稳定运行。
2水电厂水轮发电机组的构成及原理
水电厂的水轮发电机组主要是由定子、转子以及励磁装置构成的。其中定子中包括定子机座、定子铁芯以及隔震结构。转子中包括主轴、轮毂、轮臂、风扇、磁轮、磁极、端压板以及制动阀板等。
由于水电厂水轮发电机组的导水机构在关闭时需要一段时间，因此为了避免关闭时水轮发电机的机组转速提高，就需要保证水轮发电机转子的转动惯量足够大。这就导致水轮发电机的转子比较笨重，发电机运行时，机组中的励磁绕组需要通过直流电流进而形成磁场，供水轮发电机运行需要。励磁绕组提供的系统中主要涉及励磁电源、调节器、绕组等设备，可以称作励磁装置。水轮发电机中，水轮机带动转子，将励磁电源以及励磁绕组提供给发电机，使得水轮发电机中定子与转子之间出现气隙，也就是旋转磁场，被称为水轮发电机的主磁场。该磁场依据时间的正弦规律进行变化，如果水轮发电机的主磁场与定子绕组需要切割时，定子绕组中就会出现正弦交流电动势，并且随时间发生变化，进而进行发电。
3水轮发电机组无功出力不足原因分析
3.1无功出力不足原因可能性探究
通过对大量真实机组运行数据的分析和计算，并结合相关经验，可以对水轮发电机组无功出力不足的原因做以下推断。首先是发电机设计的计算误差导致的无功出力不足的假象，具体可以联系机组制造厂家，根据厂家提供的电磁数据计算进行核实。其次，考虑是由于机组磁饱和所致，所谓磁饱和，是指电机励磁电流增加时，电机铁心的磁感应强度不再显著增加，具体表现为当定子电压较高时，定子铁芯已经饱和，在电枢反应去磁作用下，需加大励磁电流来增加电机的无功出力，但发热严重，限制了励磁调节，也就限制了无功输出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆再次可能是由于机组的实际气隙偏大，机组在制造和安装过程中发生变化，与其设计数值存在较大差异，继而使定子漏抗也偏离于合理数值，交直轴同步电抗相应增大。根据以上三种可能原因结合电站实际情况，下面就对可能导致此电站机组无功出力不足现象的诱因展开讨论与分析。
3.2气隙偏大导致的机组无功功率减小
由于水轮发电机安装规范中只针对定、转子之间各处气隙与平均气隙之差不超过平均气隙的10%，而没有对平均气隙值提出要求。机组在制造与安装过程中，平均气隙值与设计气隙值不可避免的会出现偏差。当转子直径外圆偏小时，平均气隙则偏大，定子漏抗值偏大，气隙磁通所需安匝数和励磁电流增大，实际所需励磁电流超过原设计中的理论值，造成无功功率不足。
要确保最大程度的表现出气隙和发电机定子漏抗与机组无功出力之间的关系，就要借助基于机组实测数据展开的计算仿真进行判别。
4水电厂水轮发电机组维护措施
4.1科学地检查水轮发电机组
要使水轮发电机组的故障发生几率减小，就需要及时对发电机组进行检查，具体如下：明确水轮机的外壳有无开裂，是否完好，螺栓连接是否牢固。调速器、传动装置等是不是能够灵活地运行，与联轴器有效的连接，传动带的接头是牢固的，其松紧度也能够与发电机的运行需要相适应。对全部的阀门以及导叶进行检查，保证其处于正常开关状态。各个轴承以及润滑的位置按照要求润滑，油质以及油面都满足实际需要。电气设备检查如下：保证发电机以及控制屏的接线是安全的，检查绝缘是否存在破损。将发电机的转子转动，观察判断是否存在异常的撞击和摩擦声响。检查电刷与换向器之间的接触是否良好，保证电刷的压力合适，刷握过程中检查各个开关能否灵活地分合，将全部熔断器的熔体插上。控制屏上面的开关位置是正确的，发电机是空载状态的。
4.2基于故障参数辨识的智能分析诊断系统研究
分析诊断的智能化长期以来一直是水轮发电机组故障诊断的瓶颈，因此本系统着重在这方面进行了研究和设计。此次建设的远程分析诊断系统针对水轮发电机组常见的几种主要故障建立明确的故障辨识模型，针对每一种故障提出可量化的故障指标集，参照机组历史数据和国家标准确立故障指标的判定标准，利用在线监测系统实时采集的数据，由计算机在线自主进行故障特征提取，并与故障指标的判定标准进行比较，实现机组故障的在线自主分析诊断。
4.3故障特征参数及其辨识算法
在实际的在线监测系统中，系统会自动选择空载条件下的摆度、径向振动的1X分量矢量作为基准，选择在相同水头，不同负荷下摆度、径向振动的1X分量矢量与基准1X分量矢量的变化来辨识机组是否存在由于转轮本体叶型不一致、叶道不一致、转轮各叶片长度不一致形成的水力不平衡故障，而通过比较不同负荷下摆度、径向振动的叶片频率分量矢量与空载条件下叶片频率分量的变化来辨识机组是否存在由于转轮室圆度不规则形成的水力不平衡故障。
结束语
综上所述，通过建立水力不平衡故障的数学模型，利用在线监测系统采集的数据进行自动化的特征参数辨识，进而实现故障的在线诊断和在线报警是在线监测技术发展的重要方向，也是防止机组缺陷扩大化，实现早期预警的重要手段。水电厂水轮发电机组会时常出现故障，这就需要水轮发电机组的运行人员能够在日常工作中对发电机组进行及时的检查与维护，并及时维修，使水轮发电机组能够长时间安全稳定运行。
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论文作者:王胜山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：机组论文; 水轮论文; 水轮发电机论文; 定子论文; 故障论文; 水电厂论文; 在线论文; 《电力设备》2017年第31期论文;