论文部分内容阅读
【摘 要】 水轮机在现代水利工程中起着不可忽视的作用，是电力事业发展的关键设备，但在水轮发电机组运行过程中由于不同的原因可能会引起一些故障现象的发生。本文主要探讨了水轮机出力不足、水轮机振动、轴承温度偏高、机组过速、油压大幅度降低、发电机过负荷等水轮机运行中六种常见的故障及处理方法，并介绍了水轮机运行中的检修方法。
【关键词】 水轮机;运行故障;处理方法;检修方法
目前，在地方经济的发展过程中，水轮发电机的健康可持续运行对地方经济的发展起着促进作用，水轮机是用来把水能转换为旋转机械能的。如何更好的使水流机把水流的能量转换为旋转机械的动力能量，必须在水轮机运行中注意各种异常情况的发生，结合实际情况和常规处理经验进行分析判断，清除故障，保证水轮机的正常运行。
1 水輪机运行中的故障与处理方法
1.1水轮机出力不足
如果水轮机的导叶开度没有发生改变，同时机组的转速与额定转速不相符，那么可确定出现水轮机出力故障，其力度明显降低。
1.1.1故障原因
（1）水轮机水头损失较大;
（2）电站尾水位有所增加;
（3）进水口的拦污栅出现阻塞问题或者在水轮机内部的导水机构被杂物卡死。
1.1.2处理方法
（1）查看水轮机在满负荷状态运行下，是否发生负荷波动幅度较大现象;
（2）将拦污栅中的杂物及时清除，避免由于杂物阻塞而对机组出力造成影响;
（3）查看水轮机的导叶是否存在严重气蚀，如果导叶的角度不相同，需要及时停机处理;
（4）一般情况下，发生水轮机出力不足现象，常伴有振动、异响或者大幅度的波动等问题，需要根据实际情况进行判断与处理。
1.2水轮机振动
1.2.1机械安装方面
（1）特子质量的问题，导致特子质量不平衡由于惯心力的作用，主轴发生弯曲变形，轴变形越大，振动也越严重。要从根本上消除这种振动的原因，就要在检修时，拆卸部件重新检测安装。
（2）由于失衡质量离心惯性，导致转动部件的间隙过大，两者之间的振幅都增大，在动力压力下，推动轴承处发生摆振，引起摆度厉害，局部的摩擦加剧，都会引起机组的振动。
（3）机组转动部分重量不平衡，机组振动情况与转速高低有关，而与负荷大小无多大关系，这通常属转轮补焊后叶片（风机叶片折断端由剖析）重量不均、叶片局部变形严重，必须拆卸机组转轮进行平衡检查及叶片形状测量比较修整，清除机组振动。
1.2.2水力平衡方面
（1）尾水管中水流漩涡引起水轮机振动，当水力不平衡时，此时的振动是压力脉动作用于机组和基础上引起的振动且机组噪声明显增大，同时此种振动对尾水管有相当大的破坏作用。通常采用在尾水管中安装补气管进行补气的方法来减轻水压的脉动和管壁的振动，借些来减轻或消除漩涡引起机组振动现象。
（2）当水流或杂物绕流叶片时，转化叶片间被杂物卡住可在出口处产生涡列，导致导叶剪断销被剪断或形成对叶片的交替冲击，这样单导叶自由活动造成水流不平衡或叶片与冲击波产生共振现象，此时机组声响异常或叶片的根部轮缘产生裂纹。此时应关闭导水叶。
1.3轴承温度偏高
1.3.1故障原因：
（1）轴承的冷却水有所减少或者已经中断;
（2）油质偏低，如油的清洁度问题、运行过程中的不适应等问题，都将对润滑效果产生影响，造成轴承的温度提高;
（3）油槽缺油问题;
（4）机组振动或者摆度过大;
（5）发电机的轴承座对地绝缘不佳。
1.3.2处理方法
（1）对冷却水的水流、水压进行日常检查;
（2）查看油系统运行状况，及时加油;
（3）查看轴承是否存在异响，检测轴承摆度水平;
（4）查看油质，对其进行质量化验。如果油质偏差，则需要停止设备运行，换成新油。
1.4机组过速
1.4.1故障原因
机组带负荷运行中突然甩负荷时，由于导叶不能瞬时关闭，在导叶关闭的过程中水轮机的转速就可能增高20%～40%，甚至更高。当机组转速升高至某一定值（其整定值由机组的转动惯量而定，一般整定为140%额定转速）以上，则机组出现过速事故。
由于转速的升高，机组转动部分离心力急剧增大，引起机组摆度与振动显著增大，甚至造成转动部分与固定部分的碰撞。所以应防止机组过速。为了防止机组发生过速事故，目前多数电站是设置过速限制器、事故电磁阀或事故油泵，并装设水轮机主阀或快速闸门。这些装置都通过机组事故保护回路自动控制。
1.4.2处理方法
（1）通过现象判明机组已过速时，应监视过速保护装置能否正常动作，若过速保护拒动或动作不正常，应手动紧急停机，同时关闭水轮机主阀（或快速闸门）。
（2）若在紧急停机过程中，因剪断销剪断或主配压阀卡住等引起机组过速，此时即使转速尚未达到过速保护动作的整定值，都应手动操作过速保护装置，使导水叶及主阀迅速关闭。对于没有设置水轮机主阀的机组，则应尽快关闭机组前的进水口闸门。
1.5油压大幅度降低
如果水轮机的油压大幅度降低，那么可能造成熔丝烧断、油泵电动机的油源中断;同时，电动机烧坏、螺杆损坏或者油管路发生裂纹等，都会引发油压的变化。这种情况下，水轮机就会发出报警信号，需要对油压装置中压力表进行查看，如果指示偏低，则应采取处理措施：如果水轮机处于运行状态下，应进行补气打压处理;一般情况下，油压设备以断续式运行为主，那么在运行压力的范围之内，可以结合回油箱的油位情况，将油箱中的空气补齐，以此确保油箱中的油气处于一定比例数值内。如果发生故障或问题，则应该结合油压设备的运行管理进行细致分析、检查，排除故障隐患。 1.6发电机过负荷
电网高压线路某处发生事故，线路电压大幅度下降，会引起三相不平衡负载，机组运行于独立小网时，供电负荷过大，机组并网于用户线路，由于该线路突然停电，用户的负荷接近于机组供电负荷，因而会出现过负荷运行。水轮发电机在正常运行时不允许过负荷，事故情况下发电机可以承接载短时过负荷，因发电机对温升、绝缘材料的耐温能力有一定的极限，故短时间过负荷对绝缘材料的寿命影响不大，绝缘老化有一定过程，绝缘材料变脆，介质损耗增大，耐受击穿电压强度降低都需要有一个高温作用的时间，高温作用时间愈短，绝缘材料的损害程度愈短。
2 水轮机运行中的检修方法
2.1日常检修
根据水轮机组运行的实际情况，构建科学、完善的检修制度，平时注意多收集与设备相关的资料、档案等，合理确定检修的周期。一般情况下，大多在枯水期实行水轮机检修工作，尽量减少由于停机检修而产生的发点损失;对于电网运行来说，只有保障一定的备用容量，才能开展机组检修工作;另一方面，由于定期检修之前可以进行充分的准备，因此考虑到水轮机可能存在的缺陷，有针对性地采取处理措施。但应该注意的是，如果由于定期检修工作不到位，而豐水期发现水轮机故障或缺陷，将加大停机损失。因此如果只是小故障、小问题，可以在枯水季节进行统一检修与处理，争取满足丰水期的发电需求，更好地满足运行效益。
2.2实时状态监测
强化水轮机的状态检修工作，主要应用计算机监控系统，实时记录、检测、分析设备的运行状况、参数等。如果在设备运行过程中发生异常现象或者故障问题，应及时作出诊断，提出报告，为水轮机运行提供保障。只有提高计算机传感元件的可靠性，才能更好地保障数据真实性、全面性，为水轮机运行中的故障检测与处理提供支持，及时发现问题、及时处理，强化故障处理效率。
3 结语
作为水电站不管是主汛期、泄洪发电还是正常灌溉发电，都应保证机组处于最优最佳运行状态，以最少的水量发最多的电能，更好地保持水轮机运行的稳定性，从而大幅度地提高水轮机的平均效率，为单位为社会创造最大的利益。
参考文献：
[1]陆华培.水轮发电机定子故障绕组切除后的运行[J].设备管理与维修，2011
[2]熊朝坤，张礼达.基于专家系统的水轮机故障诊断研究[J].水电能科学，2009
[3]王辉斌.水轮机故障声学诊断技术研究及其应用探讨[J].大电机技术，2010，（3）.
【关键词】 水轮机;运行故障;处理方法;检修方法
目前，在地方经济的发展过程中，水轮发电机的健康可持续运行对地方经济的发展起着促进作用，水轮机是用来把水能转换为旋转机械能的。如何更好的使水流机把水流的能量转换为旋转机械的动力能量，必须在水轮机运行中注意各种异常情况的发生，结合实际情况和常规处理经验进行分析判断，清除故障，保证水轮机的正常运行。
1 水輪机运行中的故障与处理方法
1.1水轮机出力不足
如果水轮机的导叶开度没有发生改变，同时机组的转速与额定转速不相符，那么可确定出现水轮机出力故障，其力度明显降低。
1.1.1故障原因
（1）水轮机水头损失较大;
（2）电站尾水位有所增加;
（3）进水口的拦污栅出现阻塞问题或者在水轮机内部的导水机构被杂物卡死。
1.1.2处理方法
（1）查看水轮机在满负荷状态运行下，是否发生负荷波动幅度较大现象;
（2）将拦污栅中的杂物及时清除，避免由于杂物阻塞而对机组出力造成影响;
（3）查看水轮机的导叶是否存在严重气蚀，如果导叶的角度不相同，需要及时停机处理;
（4）一般情况下，发生水轮机出力不足现象，常伴有振动、异响或者大幅度的波动等问题，需要根据实际情况进行判断与处理。
1.2水轮机振动
1.2.1机械安装方面
（1）特子质量的问题，导致特子质量不平衡由于惯心力的作用，主轴发生弯曲变形，轴变形越大，振动也越严重。要从根本上消除这种振动的原因，就要在检修时，拆卸部件重新检测安装。
（2）由于失衡质量离心惯性，导致转动部件的间隙过大，两者之间的振幅都增大，在动力压力下，推动轴承处发生摆振，引起摆度厉害，局部的摩擦加剧，都会引起机组的振动。
（3）机组转动部分重量不平衡，机组振动情况与转速高低有关，而与负荷大小无多大关系，这通常属转轮补焊后叶片（风机叶片折断端由剖析）重量不均、叶片局部变形严重，必须拆卸机组转轮进行平衡检查及叶片形状测量比较修整，清除机组振动。
1.2.2水力平衡方面
（1）尾水管中水流漩涡引起水轮机振动，当水力不平衡时，此时的振动是压力脉动作用于机组和基础上引起的振动且机组噪声明显增大，同时此种振动对尾水管有相当大的破坏作用。通常采用在尾水管中安装补气管进行补气的方法来减轻水压的脉动和管壁的振动，借些来减轻或消除漩涡引起机组振动现象。
（2）当水流或杂物绕流叶片时，转化叶片间被杂物卡住可在出口处产生涡列，导致导叶剪断销被剪断或形成对叶片的交替冲击，这样单导叶自由活动造成水流不平衡或叶片与冲击波产生共振现象，此时机组声响异常或叶片的根部轮缘产生裂纹。此时应关闭导水叶。
1.3轴承温度偏高
1.3.1故障原因：
（1）轴承的冷却水有所减少或者已经中断;
（2）油质偏低，如油的清洁度问题、运行过程中的不适应等问题，都将对润滑效果产生影响，造成轴承的温度提高;
（3）油槽缺油问题;
（4）机组振动或者摆度过大;
（5）发电机的轴承座对地绝缘不佳。
1.3.2处理方法
（1）对冷却水的水流、水压进行日常检查;
（2）查看油系统运行状况，及时加油;
（3）查看轴承是否存在异响，检测轴承摆度水平;
（4）查看油质，对其进行质量化验。如果油质偏差，则需要停止设备运行，换成新油。
1.4机组过速
1.4.1故障原因
机组带负荷运行中突然甩负荷时，由于导叶不能瞬时关闭，在导叶关闭的过程中水轮机的转速就可能增高20%～40%，甚至更高。当机组转速升高至某一定值（其整定值由机组的转动惯量而定，一般整定为140%额定转速）以上，则机组出现过速事故。
由于转速的升高，机组转动部分离心力急剧增大，引起机组摆度与振动显著增大，甚至造成转动部分与固定部分的碰撞。所以应防止机组过速。为了防止机组发生过速事故，目前多数电站是设置过速限制器、事故电磁阀或事故油泵，并装设水轮机主阀或快速闸门。这些装置都通过机组事故保护回路自动控制。
1.4.2处理方法
（1）通过现象判明机组已过速时，应监视过速保护装置能否正常动作，若过速保护拒动或动作不正常，应手动紧急停机，同时关闭水轮机主阀（或快速闸门）。
（2）若在紧急停机过程中，因剪断销剪断或主配压阀卡住等引起机组过速，此时即使转速尚未达到过速保护动作的整定值，都应手动操作过速保护装置，使导水叶及主阀迅速关闭。对于没有设置水轮机主阀的机组，则应尽快关闭机组前的进水口闸门。
1.5油压大幅度降低
如果水轮机的油压大幅度降低，那么可能造成熔丝烧断、油泵电动机的油源中断;同时，电动机烧坏、螺杆损坏或者油管路发生裂纹等，都会引发油压的变化。这种情况下，水轮机就会发出报警信号，需要对油压装置中压力表进行查看，如果指示偏低，则应采取处理措施：如果水轮机处于运行状态下，应进行补气打压处理;一般情况下，油压设备以断续式运行为主，那么在运行压力的范围之内，可以结合回油箱的油位情况，将油箱中的空气补齐，以此确保油箱中的油气处于一定比例数值内。如果发生故障或问题，则应该结合油压设备的运行管理进行细致分析、检查，排除故障隐患。 1.6发电机过负荷
电网高压线路某处发生事故，线路电压大幅度下降，会引起三相不平衡负载，机组运行于独立小网时，供电负荷过大，机组并网于用户线路，由于该线路突然停电，用户的负荷接近于机组供电负荷，因而会出现过负荷运行。水轮发电机在正常运行时不允许过负荷，事故情况下发电机可以承接载短时过负荷，因发电机对温升、绝缘材料的耐温能力有一定的极限，故短时间过负荷对绝缘材料的寿命影响不大，绝缘老化有一定过程，绝缘材料变脆，介质损耗增大，耐受击穿电压强度降低都需要有一个高温作用的时间，高温作用时间愈短，绝缘材料的损害程度愈短。
2 水轮机运行中的检修方法
2.1日常检修
根据水轮机组运行的实际情况，构建科学、完善的检修制度，平时注意多收集与设备相关的资料、档案等，合理确定检修的周期。一般情况下，大多在枯水期实行水轮机检修工作，尽量减少由于停机检修而产生的发点损失;对于电网运行来说，只有保障一定的备用容量，才能开展机组检修工作;另一方面，由于定期检修之前可以进行充分的准备，因此考虑到水轮机可能存在的缺陷，有针对性地采取处理措施。但应该注意的是，如果由于定期检修工作不到位，而豐水期发现水轮机故障或缺陷，将加大停机损失。因此如果只是小故障、小问题，可以在枯水季节进行统一检修与处理，争取满足丰水期的发电需求，更好地满足运行效益。
2.2实时状态监测
强化水轮机的状态检修工作，主要应用计算机监控系统，实时记录、检测、分析设备的运行状况、参数等。如果在设备运行过程中发生异常现象或者故障问题，应及时作出诊断，提出报告，为水轮机运行提供保障。只有提高计算机传感元件的可靠性，才能更好地保障数据真实性、全面性，为水轮机运行中的故障检测与处理提供支持，及时发现问题、及时处理，强化故障处理效率。
3 结语
作为水电站不管是主汛期、泄洪发电还是正常灌溉发电，都应保证机组处于最优最佳运行状态，以最少的水量发最多的电能，更好地保持水轮机运行的稳定性，从而大幅度地提高水轮机的平均效率，为单位为社会创造最大的利益。
参考文献：
[1]陆华培.水轮发电机定子故障绕组切除后的运行[J].设备管理与维修，2011
[2]熊朝坤，张礼达.基于专家系统的水轮机故障诊断研究[J].水电能科学，2009
[3]王辉斌.水轮机故障声学诊断技术研究及其应用探讨[J].大电机技术，2010，（3）.