论文部分内容阅读
【摘 要】本文结合笔者多年的工作经验，主要对水轮发电机组故障及处理措施进行了探讨。
【关键词】水轮发电机；故障原因；处理措施
水轮机运行中难免会发生各种各样的异常情况，同一异常现象可能有不同的产生原因，因此，在分析故障现象时，要根据仪表指示，机组运转声响，振动，温度 等现象，结合事故预兆，常规处理经验进行分析判断，必要时采用拆卸部件解体检 查等方法和手段，从根本上消除设备故障。
1.水轮发电机组故障影响分析
近年来，随着水电行业的快速发展，水电站座数、装机和发电量成倍增长。在急需水电运行专业人员的情况下，部分电站业主聘用当地农民负责电站运行。由于水电运行人员技术水平整体低下，对水轮发电机组运行中出现的各种故障缺乏分析和处理能力，在水轮发电机组出现故障时不能及时分析故障成因，给水电站运行带来了安全隐患，甚至造成财产损失。水轮发电机组运行中的常见故障一般有：发电机过负荷；发电机的振动和失步；发电机强行励磁；发电机母线电压单相接地；发电机转子一点接地；发电机滑环或励磁机碳刷冒火；二次回路失控；水轮机剪断销剪断； 冷却水中断； 轴承温度过高。这些故障如不能及时有效地处理，小故障很可能酿成大事故，轻则影响水利发电厂的经济效益，重则造成人身及发电设施损坏，甚至整个电力系统瘫痪。
2.水轮发电机组故障产生的原因及处理措施
2.1发电机过负荷
水轮机运行水头过高、引用流量过大时都会使水轮机出力增大，当超过发电机额定负荷时，即造成发电机过负荷。调速器失控时，会造成水轮机导叶开度最大，水轮机进水流量最大，水轮机会在此工况下输出最大出力，发电机不可避免地过负荷。单机独立网带负荷时，如遇负荷突然增大等也能造成发电机过负荷。为避免发电机过负荷现象发生，机组运行中应严格监视发电机的各项运行参数、温升和各轴承温度，随时观测水库上游水位，认真做好记录，尽量避免发电机单独带负荷。确需单独带负荷时，应密切监视机组运行参数变化，遇有异常运行情况时应准确判断故障现象，及时果断进行处理，确保发电机各项运行参数在允许范围内。为减少由于调速器失控造成的机组过负荷，应定期对调速器进行保养调试，确保能安全准确调控机组。
2.2发电机的振动和失步
系统发生某些重大事故时，如三项不平衡、三项负荷不对称、发电机出力与用户负荷不能平衡，都会使发电机产生振荡、失步。发电机发生振荡时，运行人员应设法增加发电机的励磁电流来创造恢复同期的条件。装自动电压调整器和强行励磁装置时，发电机电压调整器会因发电机端电压降低而动作，使励磁电流达到最大值，此时应适当地降低该机组的负荷，以帮助恢复同步。整个电站系统失去同步时，全站所有的发电机都将发生振荡，此时应立即增加各机组电流，在无法恢复同步时，应立即将机组与系统解列。
2.3发电机强行励磁
当与发电机并列的其他机组发生事故，引起端电压下降时，励磁机或励磁系统会立即增加励磁电流，以便提高发电机输出电压，励磁系统试图将发电机电压恢复到额定值，从自动检测电压到自动调整电压的过程约需1min左右。如果是瞬间故障，经过励磁系统的这个过程之后，发电机会恢复正常运行，即在这1min之内不必干预，由机组励磁系统自动进行调整；1min后，如果机组自动调整后故障还未消除，则应根据现场规程的规定采取故障处理措施，降低发电机定、转子电流到正常运行所允许的数值。为避免发生强励动作，应保持发电机组励磁系统及二次系统完好，同时应密切监视机组的运行参数，随时调整机组保持在合理的工况下运行，避免机组因强励动作而产生其他事故。
2.4发电机母线电压单相接地
机组绝缘老化、出口引线搭铁或绝缘破损、母线绝缘子污损，以及动物（ 如老鼠打铁） 爬行等，都能造成发电机母线电压单相接地故障。不定期测量发电机相间，及每相对地的绝缘电阻，发现有发电机定子绝缘不好应及时处理。发现问题及早处理工作量小、费用低；不及时处理，可能酿成大事故。同时，对水轮发电机组的绝缘要引起足够的重视，要定期做电气预防性试验，保持发电机母线及绝缘子清洁，驱除发电厂房老鼠，有效避免发电机母线电压单相接地故障的发生。
2.5发电机转子一点接地
发现水轮发电机转子一点接地故障时，应立即查明故障的地点和性质，并停机检修。否则可能引起发电机转子两点接地的事故，严重时会烧毁发电机转子。产生的原因主要有转子引线绝缘老化、碳刷引线打铁、励磁系统污垢过多及碳刷处碳粉过多造成绝缘降低等。预防的措施有：定期清理转子各引线，避免产生污垢和碳粉积累，保持转子引线清洁干净，经常测试转子绝缘电阻并保证在规定值范围内，如发现绝缘值下降，应立即查明原因并予以消除。杜绝的方法有：定期做转子预防性电气试验，掌握发电机转子绝缘情况，每次开机前用500V摇表（ 发电机转子电压不同所用的表不一样）检测发电机转子的绝缘电阻是否满足规程要求。
2.6发电机滑环或励磁机碳刷冒火
发电机滑环或励磁机碳刷冒火产生的原因一般有：碳刷未压紧，刷架及引线松动，接触不好，碳刷被刷架卡住，刷架位子不对或跑偏，碳刷材质或型号不对，碳刷额定过流量小于转子额定电流，滑环不圆或不平滑等。发现发电机滑环或励磁机碳刷冒火时，应按上述原因逐项检查。有效预防措施是：选择合理的碳刷，保持刷架弹簧弹性完好并且刷架位子正确，接线良好可靠，选择额定电流符合要求的碳刷，滑环表面光滑无电蚀现象。发电机运行中还应经常巡视检查，及早发现冒火及早处理，防止事故扩大。
2.7二次回路失控
发电机二次回路失控故障产生的常见原因有：电压互感器二次回路断线（如熔丝熔断），操作电源熔丝熔断或接触不良，回路监视继电器故障，断路器辅助触点故障，机组励磁冷却风扇停转，可控硅励磁控制回路故障等。预防措施是：经常对二次回路进行检修与保养，定期做模拟传动试验，按要求及时做继电保护试验，经常检查二次回路电源及熔丝工作正常，保证二次回路各引线绝缘良好、各继电器触点无电蚀现象。 2.8水轮机剪断销剪断
当杂物进入水轮机引水系统，进入水轮机导叶，恰逢调速器调整水轮机导叶开度向关机方向调整时，进入导叶的杂物就会被导叶卡住，如此时调速器继续调整导叶向关机方向调整，则极易使水轮机剪断销剪断。如水轮机导水机构安装质量差，造成水轮机连杆操作机构卡阻或别劲，当卡阻或别劲大到一定值时，也能造成水轮机剪断销剪断，但这种情况非常少见。杜绝此故障的办法：一是在水轮机安装时，严格按着水轮机安装技术要求安装，使水轮机的导水机构操作灵活； 二是检查拦污栅是否完好，尽量不让杂物通过拦污栅，当发生杂物进入导水系统中而引起的导叶被卡的故障时，有经验的运行人员可凭操作的手劲大小及现象观察是否有杂物被卡，如有被卡的可能时，可在条件允许情况下，向增大导叶开度方向调整一下，然后再试着慢慢减少导叶开度，使临时卡住的杂物被水冲掉，消除故障，否则需停机，做进一步的检查处理。
2.9冷却水中断
水轮机冷却水中断时，保护系统会发出冷却水中断故障提示，如不及时处理会导致水轮机轴承温度过高，甚至造成水轮机轴承烧毁，酿成大事故。因此对冷却水中断故障要引起足够的重视。处理的方法：一是打开冷却器的排污阀，排一下污垢，看故障能否消除；二是检查冷却器过滤网是否堵塞，如不能清理要更换； 三是对有压力的冷却器要检查冷却器的冷却水压力，若压力小于额定值，则说明冷却水压力不足，应进一步检查冷却水压力不足的原因；四是检查水轮机冷却水回路的各管件阀门是否在打开位置。经过上述检查和处理一般均可消除水轮机冷却水中断的故障。
2.10轴承温度过高
运行中水轮发电机组发生轴承温度过高时，应密切注意监视温度变化情况，一般当温度升高到70℃时（不同水力发电厂此值会有略微不同），会造成水轮发电机组事故跳闸停机。因此在未达到跳闸温度之前，应尽快查明原因及早处理，防止造成更大损失。检查的项目：一是看冷却水是否中断，冷却水压力是否够用；二是看轴承油位是否合理； 三是检查油色是否清纯、透明，有无杂质；四是检查甩油环是否甩油； 五是用螺丝刀接触轴承外壳判断轴承是否有杂音，连接件是否有松动；六是油表是否损坏，指示是否准确。运行中水轮发电机组一般通过以上几项检查和处理均能消除故障，否则应停机，进行水轮发电机机组轴承解体，检查轴承、轴瓦、油道、间隙等，根据相应的问题进行对症处理。
3.结语
水轮发电机组运行故障问题，关系到发电厂和电力系统的安全、稳定运行，必须引起足够的重视。仅靠书本知识很难快速分析、判断机组出现故障的原因。理论联系实际，注重实际工作经验的总结，遇到问题时冷静分析、沉着应对，才能在故障出现时采取正确的处理办法。
【参考文献】
[1]单文培，单欣安.电气设备安装运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.
[2]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
【关键词】水轮发电机；故障原因；处理措施
水轮机运行中难免会发生各种各样的异常情况，同一异常现象可能有不同的产生原因，因此，在分析故障现象时，要根据仪表指示，机组运转声响，振动，温度 等现象，结合事故预兆，常规处理经验进行分析判断，必要时采用拆卸部件解体检 查等方法和手段，从根本上消除设备故障。
1.水轮发电机组故障影响分析
近年来，随着水电行业的快速发展，水电站座数、装机和发电量成倍增长。在急需水电运行专业人员的情况下，部分电站业主聘用当地农民负责电站运行。由于水电运行人员技术水平整体低下，对水轮发电机组运行中出现的各种故障缺乏分析和处理能力，在水轮发电机组出现故障时不能及时分析故障成因，给水电站运行带来了安全隐患，甚至造成财产损失。水轮发电机组运行中的常见故障一般有：发电机过负荷；发电机的振动和失步；发电机强行励磁；发电机母线电压单相接地；发电机转子一点接地；发电机滑环或励磁机碳刷冒火；二次回路失控；水轮机剪断销剪断； 冷却水中断； 轴承温度过高。这些故障如不能及时有效地处理，小故障很可能酿成大事故，轻则影响水利发电厂的经济效益，重则造成人身及发电设施损坏，甚至整个电力系统瘫痪。
2.水轮发电机组故障产生的原因及处理措施
2.1发电机过负荷
水轮机运行水头过高、引用流量过大时都会使水轮机出力增大，当超过发电机额定负荷时，即造成发电机过负荷。调速器失控时，会造成水轮机导叶开度最大，水轮机进水流量最大，水轮机会在此工况下输出最大出力，发电机不可避免地过负荷。单机独立网带负荷时，如遇负荷突然增大等也能造成发电机过负荷。为避免发电机过负荷现象发生，机组运行中应严格监视发电机的各项运行参数、温升和各轴承温度，随时观测水库上游水位，认真做好记录，尽量避免发电机单独带负荷。确需单独带负荷时，应密切监视机组运行参数变化，遇有异常运行情况时应准确判断故障现象，及时果断进行处理，确保发电机各项运行参数在允许范围内。为减少由于调速器失控造成的机组过负荷，应定期对调速器进行保养调试，确保能安全准确调控机组。
2.2发电机的振动和失步
系统发生某些重大事故时，如三项不平衡、三项负荷不对称、发电机出力与用户负荷不能平衡，都会使发电机产生振荡、失步。发电机发生振荡时，运行人员应设法增加发电机的励磁电流来创造恢复同期的条件。装自动电压调整器和强行励磁装置时，发电机电压调整器会因发电机端电压降低而动作，使励磁电流达到最大值，此时应适当地降低该机组的负荷，以帮助恢复同步。整个电站系统失去同步时，全站所有的发电机都将发生振荡，此时应立即增加各机组电流，在无法恢复同步时，应立即将机组与系统解列。
2.3发电机强行励磁
当与发电机并列的其他机组发生事故，引起端电压下降时，励磁机或励磁系统会立即增加励磁电流，以便提高发电机输出电压，励磁系统试图将发电机电压恢复到额定值，从自动检测电压到自动调整电压的过程约需1min左右。如果是瞬间故障，经过励磁系统的这个过程之后，发电机会恢复正常运行，即在这1min之内不必干预，由机组励磁系统自动进行调整；1min后，如果机组自动调整后故障还未消除，则应根据现场规程的规定采取故障处理措施，降低发电机定、转子电流到正常运行所允许的数值。为避免发生强励动作，应保持发电机组励磁系统及二次系统完好，同时应密切监视机组的运行参数，随时调整机组保持在合理的工况下运行，避免机组因强励动作而产生其他事故。
2.4发电机母线电压单相接地
机组绝缘老化、出口引线搭铁或绝缘破损、母线绝缘子污损，以及动物（ 如老鼠打铁） 爬行等，都能造成发电机母线电压单相接地故障。不定期测量发电机相间，及每相对地的绝缘电阻，发现有发电机定子绝缘不好应及时处理。发现问题及早处理工作量小、费用低；不及时处理，可能酿成大事故。同时，对水轮发电机组的绝缘要引起足够的重视，要定期做电气预防性试验，保持发电机母线及绝缘子清洁，驱除发电厂房老鼠，有效避免发电机母线电压单相接地故障的发生。
2.5发电机转子一点接地
发现水轮发电机转子一点接地故障时，应立即查明故障的地点和性质，并停机检修。否则可能引起发电机转子两点接地的事故，严重时会烧毁发电机转子。产生的原因主要有转子引线绝缘老化、碳刷引线打铁、励磁系统污垢过多及碳刷处碳粉过多造成绝缘降低等。预防的措施有：定期清理转子各引线，避免产生污垢和碳粉积累，保持转子引线清洁干净，经常测试转子绝缘电阻并保证在规定值范围内，如发现绝缘值下降，应立即查明原因并予以消除。杜绝的方法有：定期做转子预防性电气试验，掌握发电机转子绝缘情况，每次开机前用500V摇表（ 发电机转子电压不同所用的表不一样）检测发电机转子的绝缘电阻是否满足规程要求。
2.6发电机滑环或励磁机碳刷冒火
发电机滑环或励磁机碳刷冒火产生的原因一般有：碳刷未压紧，刷架及引线松动，接触不好，碳刷被刷架卡住，刷架位子不对或跑偏，碳刷材质或型号不对，碳刷额定过流量小于转子额定电流，滑环不圆或不平滑等。发现发电机滑环或励磁机碳刷冒火时，应按上述原因逐项检查。有效预防措施是：选择合理的碳刷，保持刷架弹簧弹性完好并且刷架位子正确，接线良好可靠，选择额定电流符合要求的碳刷，滑环表面光滑无电蚀现象。发电机运行中还应经常巡视检查，及早发现冒火及早处理，防止事故扩大。
2.7二次回路失控
发电机二次回路失控故障产生的常见原因有：电压互感器二次回路断线（如熔丝熔断），操作电源熔丝熔断或接触不良，回路监视继电器故障，断路器辅助触点故障，机组励磁冷却风扇停转，可控硅励磁控制回路故障等。预防措施是：经常对二次回路进行检修与保养，定期做模拟传动试验，按要求及时做继电保护试验，经常检查二次回路电源及熔丝工作正常，保证二次回路各引线绝缘良好、各继电器触点无电蚀现象。 2.8水轮机剪断销剪断
当杂物进入水轮机引水系统，进入水轮机导叶，恰逢调速器调整水轮机导叶开度向关机方向调整时，进入导叶的杂物就会被导叶卡住，如此时调速器继续调整导叶向关机方向调整，则极易使水轮机剪断销剪断。如水轮机导水机构安装质量差，造成水轮机连杆操作机构卡阻或别劲，当卡阻或别劲大到一定值时，也能造成水轮机剪断销剪断，但这种情况非常少见。杜绝此故障的办法：一是在水轮机安装时，严格按着水轮机安装技术要求安装，使水轮机的导水机构操作灵活； 二是检查拦污栅是否完好，尽量不让杂物通过拦污栅，当发生杂物进入导水系统中而引起的导叶被卡的故障时，有经验的运行人员可凭操作的手劲大小及现象观察是否有杂物被卡，如有被卡的可能时，可在条件允许情况下，向增大导叶开度方向调整一下，然后再试着慢慢减少导叶开度，使临时卡住的杂物被水冲掉，消除故障，否则需停机，做进一步的检查处理。
2.9冷却水中断
水轮机冷却水中断时，保护系统会发出冷却水中断故障提示，如不及时处理会导致水轮机轴承温度过高，甚至造成水轮机轴承烧毁，酿成大事故。因此对冷却水中断故障要引起足够的重视。处理的方法：一是打开冷却器的排污阀，排一下污垢，看故障能否消除；二是检查冷却器过滤网是否堵塞，如不能清理要更换； 三是对有压力的冷却器要检查冷却器的冷却水压力，若压力小于额定值，则说明冷却水压力不足，应进一步检查冷却水压力不足的原因；四是检查水轮机冷却水回路的各管件阀门是否在打开位置。经过上述检查和处理一般均可消除水轮机冷却水中断的故障。
2.10轴承温度过高
运行中水轮发电机组发生轴承温度过高时，应密切注意监视温度变化情况，一般当温度升高到70℃时（不同水力发电厂此值会有略微不同），会造成水轮发电机组事故跳闸停机。因此在未达到跳闸温度之前，应尽快查明原因及早处理，防止造成更大损失。检查的项目：一是看冷却水是否中断，冷却水压力是否够用；二是看轴承油位是否合理； 三是检查油色是否清纯、透明，有无杂质；四是检查甩油环是否甩油； 五是用螺丝刀接触轴承外壳判断轴承是否有杂音，连接件是否有松动；六是油表是否损坏，指示是否准确。运行中水轮发电机组一般通过以上几项检查和处理均能消除故障，否则应停机，进行水轮发电机机组轴承解体，检查轴承、轴瓦、油道、间隙等，根据相应的问题进行对症处理。
3.结语
水轮发电机组运行故障问题，关系到发电厂和电力系统的安全、稳定运行，必须引起足够的重视。仅靠书本知识很难快速分析、判断机组出现故障的原因。理论联系实际，注重实际工作经验的总结，遇到问题时冷静分析、沉着应对，才能在故障出现时采取正确的处理办法。
【参考文献】
[1]单文培，单欣安.电气设备安装运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.
[2]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2002.