水力发电机组的检修与维护研究

水力发电机组的检修与维护研究

夏欢

重庆水资源产业股份有限公司城口发电分公司

摘要：现代水电站越来越多的按照无人值守的原则进行设计和改造，大量引入各级监控系统。传统监控系统采集振动、摆度、温度、电压、电流等信号数据；振动摆度数据反映转子等运动机械部件的状态、摩擦以及转速等；电压电流等数据则反映发电质量。但是在发电厂房内，仍旧会出现上述传感器所不能监测的异常故障现象。类似水轮发电机组转轮叶片裂纹、转轮室钢板脱落、过流部件空化空蚀和蜗壳门故障等缺陷在机组运行过程中难以用现有的诊断方式进行诊断。由于上述缺陷难以及时发现，且现有的在线监测手段也无法很好地解决这个问题。如果使用声音监测，则可使水电站运维人员更加直观地判断出设备运行状态，缩短故障诊断时间。

关键词：水力发电机组;检修与维护

引言

水力发电机组作为水电站中能量转换的枢纽，其故障或事故，会直接影响水电站乃至电网的安全稳定［1］。因此，为了避免一些重大安全事故地发生，对水力发电机组结构特性和动力学响应进行研究十分必要。

1水工专业检修情况

在机组检修工作中，水工专业主要负责机组进水口流道、尾水管流道、机组段土建结构的检修等工作。水工专业检修的部位主要为机组的过水流道，需要在机组停机，进水口和尾水检修闸门关闭且流道内排水完成后才具备现场检查及检修的条件，所以以往的水工专业检修主要结合机组计划检修工作来开展。自电站投产运行以来，水工专业检修主要处理了机组尾水管钢衬脱空、机组流道混凝土局部冲蚀破坏及渗水等缺陷，未发现结构性损坏等异常情况。如何应对状态检修是水工专业检修时下必须思考的问题，在不具备新增水工专业的状态监测仪器、系统的情况下，现有的安全监测设施将是水工专业状态检修的主要依托。

2水轮机型式选择

水轮机是水电站中最主要的动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此水轮机的选择是水电站建设中主要的计划任务之一，是水能充分利用、安全可靠运行的重要保障。

3发电机集电装置存在的问题

1.碳刷磨损严重，造成集电装置各部堆积大量碳粉，如不及时清理，容易引发转子回路接地或短路故障，甚至可能引起发电机着火等重大安全事故；2.受刷握形式的限制，导致机组在运行过程中无法清理碳粉或更换碳刷，在机罩内狭小的带电空间作业，人员和设备安全都无法得到可靠保障，只能通过降低机组负荷或停机来处理，直接减少了发电量，造成经济效益受损；3.受集电环表面粗糙、机组振动等因素的影响，碳刷磨损过快，缩短了碳刷的使用寿命，增加了碳刷更换频次，从而造成设备材料成本上涨；4.清理堆积碳粉或更换碳刷的频次增多，直接加重现场运维人员的工作量。

4提升对策

4.1加强巡视检查与监测数据工作

结合日常巡视检查工作，加强机组引水系统及厂房各部位的巡视检查，将相关内容纳入水工建筑物日常巡视检查项目，重点加强机组坝后背管外包混凝土、蜗壳进人门、尾水进人门及厂房各层机组段结构等部位的巡视检查工作。加强日常监测数据的检查工作，保持对异常数据的高度敏感性。定期对引水建筑物及厂房各区域的监测资料进行专项的整编分析，综合判断相关部位的运行工况。

4.2改造发电机集电装置

在安装刷握时，必须调整好每一个刷握的前后位置和左右间距，使其均匀分布，保证转子回路正、负极电流均衡，避免放电现象的发生。刷握应当垂直正对集电环，并与之保持3mm~4mm的间隙，可以有效减小振动现象。安装碳刷前要用800目金相砂纸对每一块的表面进行研磨处理，使其与集电环的弧度相吻合，贴合面积可达到90%以上，且摩擦顺滑，确保每块碳刷传导的电流大小基本一致。每组碳刷的卡簧压力调整在1.4kg~1.6kg之间，受力均匀，保证每块碳刷的磨损程度基本一致。调整碳刷与刷握内壁的间隙时，应当控制在0.1mm~0.2mm之间，间隙过大会引起振动加剧，损伤碳刷与卡簧；间隙过小会造成碳刷受力不均，接触不良，容易发生打火。安装后，对集电环、刷架、引线电缆的正负极之间、对地分别做绝缘电阻测试，数据全部合格，大于5MΩ。全部设备安装完成后开机测试。控制机组转速进行观察，在低转速下仔细检查碳刷与集电环的摩擦情况；当机组转速逐步上升时，检查集电装置有无异音；当达到额定转速时，运行2h以上，使碳刷与集电环之间充分形成氧化膜，并检查碳粉散落情况，集电环表面温度不得超过75℃；当空转运行稳定后，采取励磁系统递升加压方式，逐步使发电机达到额定电压，再次检查集电装置运行正常；发电机并网运行后，再额定功率下，全面检查确认集电装置各部无异音、无打火、无剧烈振动等情况，集电环表面温度不得超过85℃[3]。

4.3加强监测数据检查工作

加强日常监测数据的检查工作，保持对异常数据的高度敏感性。定期对引水建筑物及厂房各区域的监测资料进行专项的整编分析，综合判断相关部位的运行工况。

结束语

现阶段，我国针对水力发电机组的故障诊断技术和预测技术的使用需求量相对较大。为推动我国水电事业的进一步发展，相关单位要进一步加大投资力度，同时研究水电发电机组大数据故障诊断和预测技术，推动大数据及模型合理应用，保证水力发电机组的工作稳定性。

参考文献

[1]罗红俊,张官祥,金学铭,陆雪顶,杨廷勇,廖李成,赖昕杰,李超顺.水轮发电机组甩负荷工况多目标优化研究[J].水电能源科学,2021,39(12):172-176.

[2]谢卓健,闫懂林,肖汉,麦先春,王峻峰,陈启卷.水力发电机组甩负荷过渡过程的参数敏感性分析[J].中国农村水利水电,2021(08):195-199+206.

[3]王丽阁,陈心,王恩泽.水力发电机冷油器铜管的腐蚀失效分析[J].材料保护,2021,54(07):160-163.DOI:10.16577/j.cnki.42-1215/tb.2021.07.029.

[4]王鹏飞,张京京,陈帝伊.水力发电机组轴系哈密顿建模与动力学特性分析[J].排灌机械工程学报,2020,38(08):794-800.

[5]杨光波,曾云,张记坤,王芳芳,张振凯,钱晶.水轮发电机组轴系刚度近似计算方法[J].排灌机械工程学报,2020,38(08):787-793.