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摘要：水轮发电机组是水电站运行过程中最为重要的一类设备，关系到发电质量、水资源利用率等，而这必须保证水轮发电机组有着较高的可靠性。因此，本文在分析水电站水轮发电机组结构、工作原理、常见故障的基础上从不同角度入手客观阐述了水轮发电机组的可靠性运行，在多层次检修、维护过程中最大化提升运行可靠性，便于水轮发电机组始终处于高效运转中，发挥功能作用的同时提高水电站运行效益。
关键词：浅谈 水电站 水轮发电机组 可靠性运行
随着社会经济高速发展，不同行业领域以及人们日常生产生活对电能有着更大的需求，水电站的重要作用也在不断显现。同时，设备稳定运行是资源优化利用以及保证发电质量的必要前提。水电站要全面、深入剖析水轮发电机组运行现状以及运行中呈现的故障问题，优化完善检修、维护两大环节，全面提升运行性能以及可靠性，防止运行中频繁发生故障问题，实现运行效益目标。
一、水电站水轮发电机组
水轮发电机组在水电站高质量发电中占据重要位置，基本结构、工作原理以及常见故障分析是提高水轮发电机组运行可靠性的首要前提，确保其在可靠运行中最大化发挥多方面优势作用，同步提高发电质量以及运行效益。
1、基本结构以及工作原理
和其他设备相比，水电站水轮发电机组的基本结构复杂化，由多个元素组成，定子、励磁装置等。其中的定子又由隔震结构、定子铁芯等组成，转子的组成要素也体现在多个方面，主轴、磁轮、轮臂、制动阀片、风机等。在此过程中，电网分解的时候，水轮发电机组的转速特别快，对转子的转动惯量有着较高的要求。和发电机同步运行中，励磁绕组要借助直流电流，构建合理化的磁场，满足发电机运行要求。此外，主磁场从定子绕组切断的时候，随着时间不断推移，定子绕组内部会产生正弦电动势，进而，产生电能，水资源发电顺利进行。
2、常见的故障问题
由于受到环境、人员、自身质量等因素影响，水电站水轮发电机组运行过程中不可避免会出现故障问题，要在科学把握常见故障问题基础上优化日常开展的检修、维护、管理等工作，从根本上提升水轮发电机组运行稳定性、安全性等。
2.1 电气部分
2.1.1 水轮发电机组运行超负荷
在水轮发电机组运行过程中，如果定子电流超过额定数值的1.1倍，过载保护被打破的同时发出警报，进行相关提示。相关人员要根据警报针对性处理呈现的故障问题，确保水轮发电机组正常运行，如果并没有出现故障问题，需要对水轮发电机组运行中产生的励磁电流、无用功率进行规范化调整，将功率因数控制在规定的范围内，防止运行过程中出现超负荷情况。在此过程中，水轮发电机组运行中出现的是系统故障问题，短时间内发电机组便出现超负荷情况，引发故障问题，要以负荷具体规定为切入点，科学调整对应的过载范围，解决超负荷问题的同时促使水轮发电机组运行更加稳定。
2.1.2 水轮发电机组的转子与定子接地、温度过高
转子、定子都是水电站水轮发电机组运行中必不可少的，经常出现接地故障问题。就转子而言，接地故障可分为两大类，即一点接地故障、回路两点接地故障。转子一点接地故障可以进一步划分，包括瞬时接地、永久接地等，该类接地故障发生以后，并不会出现与之对应的电流环，故障位置并没有电流，短时间内水轮发电机组的励磁系统仍然可正常运行，但转子正极、负极有了新的变化，极易引发两点接地故障，转子强度很难正常发挥，导致转子振动或者温度超过规定的范围。和转子一点接地故障相比，两点接地故障发生以后，故障位置会有一定的电流经过。在此过程中，定子接地故障也体现在多个方面，其类型和转子一点接地故障相同，比如，水轮发电机组的定子绕组和定子绕组电路有机联系产生的单相接地短路故障。此外，水电站水轮发电机组运行中转子、定子、铁芯等都有与之对应的温度控制范围，运行中极易出现温度过高情况，损坏零部件等，影响机组运行可靠性、经济性等。
2.2 机械部分
水轮发电机组运行中机械部分常见的故障包括强震、空蚀等，强震故障特征并不明显，通常情况下发现、根除等难度系数都比较大，影响发电机组运行可靠性的同时使用寿命明显缩短。在此过程中，如果水轮发电机组运行中出现空蚀现象，机组一系列零部件不断被损坏，损坏程度直接关系到维修的深度、难度，要在检修、维护二者协同作用下，降低故障发生系数的同时确保水轮发电机组运行更加安全、可靠。
二、水电站水轮发电机组的可靠性运行
检修以及维护是提升水轮发电机组运行可靠性的关键所在，要在分析影响因素、工作原理、故障类型等基础上优化检修以及维护工作，有效解决隐患问题的同时促使水轮发电机组高效运转。
1、水电站水轮发电机组计划性检修与临时性检修
1.1 计划性检修
1.1.1 小修与大修
水电站水轮发电机组检修包括计划性检修、临时性检修等，以覆盖范围为切入点，计划性检修可以进一步划分，包括三大类，小修、大修、扩大修。就小修来说，主要是根据相关规定、要求、任务等，定期有目的性地对水轮发电机组进行检修，比如，检查机组零部件完好程度，更换设备的配件，对零部件进行必要地预防性测试、调整性测试。通常情况下，每年只需要对水轮发电机组进行1次小修，每次检修时间10天左右。当然，可以根据水轮发电机组运行中各类故障问题发生频率、影响范围、严重程度等，对小修次数以及时间长短进行合理化调整。在此过程中，水电站水轮发电机组大修主要是对计划性小修、临时性检修过程中缺陷问题没有得到有效解决的各类设备及其零部件。大修中设备拆卸情况和发电过程中水轮发电机组故障问题类型、等级等深度联系。就损坏来说，水轮发电机组包括两类损坏，比如，经常性损坏、事故损坏，和经常性损坏相比，事故损坏发生率较低，而这会在一定程度上影响水轮发电机组大修周期。与此同时，水轮发电机组运行中经常性损坏主要是因为各类运动构件间产生的多样化振动，包括摩擦、水流汽蚀等，发生频率较高的同时持续性、渐变性是经常性损坏的特点，可以采用适宜的方法手段，准确预测水轮发电机组运行中极易出现的经常性损坏。大修周期大都和水轮发电机组运行状态有机联系，一般是2到3年进行一次大修，时间间隔较长，每次检修的时间45天左右。当然，如果水轮发电机组日常运行中有着较高的安全性、可靠性，可以将大修周期适当延长，缩短每次检修的天数。如果水轮发电机组运行正常，很少出现异常情况，仍然立足大修周期，定期拆卸、检修机组零部件等，会对机组运行状态产生不利影响。
1.1.2 扩大修
扩大修主要是对水轮发电机组运行过程中损坏、磨蚀严重的零部件等进行合理化、规范化检修，防止水轮发电机组运行中各方面性能等不断降低，提升发电整体质量。扩大修和小修、大修有着明显的区别，需要对水轮发电机组进行一系列操作，比如，拆卸、分解，全方位、系统化、层次化检修水轮发电机组运行中被损坏的各类零部件，将其有效衔接的同时充分发挥多方面功能作用，还需要修复或者改造水轮发电机组损坏比较严重的部位。一般来说，扩大修的周期为3到5年，每次扩大修的时间3个月左右。如果在小修、大修等作用下水轮发电机组有着较高运行可靠性，加上机组有着较高的自动化程度，监控、保养、维护等工作落到实处，可以适当延长扩大修的周期，即7到8年。
1.2 临时性检修
临时性检修就是根据水轮发电机组日常运行状态，故障发生情况等，临时对其进行层次化、针对性检修，不需要在规定的周期内开展检修工作。和计划性检修相比，临时性检修有着较强的灵活性，主要是检查水轮发电机组内部一系列构件，看其运行中是否出现异常情况。在临时性检修中，如果发现存在隐患问题，要在合理化分析基础上采取可行的解决措施，科学处理的同时对薄弱环节进行动态化管控，对机组自动化控制系统以及相关设备进行科学化完善，提升性能的同时降低故障发生系数。
2、水电站水轮发电机组状态检修
状态检修也可以称之为诊断检修，水电站水轮发电机状态检修主要是指巧用状态监测技术、诊断技术作用下的设备各方面运行状态信息数据，判断设备运行是否异常的同时准确预测设备运行过程中极易发生的各类故障问题，以故障问题信息数据为切入点，对计划性检修、状态性检修的要求、标准、内容、周期进行合理化调整，优化完善采用的检修方法手段，以设备健康状态为出发点，制定行之有效的检修计划，全面、高效开展设备检修工作。与此同时，在应用信息技术手段过程中对水轮发电机组运行状态、运行参数进行一系列操作，比如，记录、预测、检测。在状态检修过程中，一旦发现水轮发电机组相关设备运行异常，可以及时对其进行自动化诊断、判断，能够检修人员提供高准确率的运行可靠性信息数据，为接来下开展的检修工作提供重要的保障，及时、高效检修存在故障的水轮发电机组设备，有效控制故障范围的同时降低危害性，确保开展的发电工作有序进行，在设备更新、系统升级中提升水轮发电机组运行可靠性。
水电站要根据水轮发电机组状态检修具体要求以及自身检修、维护工作开展情况，结合水轮发电机组设备特征、性能、故障等，科学制定基于状态检修的设备单项指标、综合指标。单项指标主要是指水轮发电机组设备运行中某一方面超过规定范围，就需要对其进行合理检修，综合指标主要是指针对机组运行中的定子、转子、励磁装置等发生不同类型的故障问题，比如，接地故障、强震故障，在合理化判断基础上科学把握当下水轮发电机组运行状态，开展针对性的检修工作。在此过程中，状态检修中要将有着较高自动化程度的计算机状态诊断专家系统应用其中，全方位、系统化、自动化诊断的同时准确判断水轮发电机组是否需要进行相关的检修，包括检修内容、检修方法，分阶段、分层次对水轮发电机组进行规范化检修。在此基础上，水电站可以围绕状态检修，巧用现代信息技术手段的同时构建状态检修管理系统，动态管理水轮发电机组状态检修全过程中，及时发现、科学处理状态检修中呈现的各类隐患问题，优化完善作用到状态检修过程中的设备设施以及计算机监控专家系统，进一步优化完善机组运行状态、运行参数记录、预测、分析等环节，确保获取的水轮发电机组运行状态等数据更加准确、全面，在综合分析基础上优化机组检修、维护、管理等工作，在控制常见鼓掌问题中有效提升机组性能以及运行可靠性、经济性、稳定性，在发挥多方面优势作用中保证发电质量。相应地，下面便是水电站水轮发电机组状态检修示意图。
水电站水轮发电机组常见故障维护中运行可靠性监测示意图
三、结语
总而言之，水电站要全面、深入把握水轮发电机组可靠性运行的重要性，以可靠性运行为落脚点，以常见故障为导向，通过多样化路径优化完善开展的检修以及维护工作，加强水轮发电机组运行管理，在安全、稳定、经济运行中促使资源利用率最大化，达到降耗提效的目的，不断增强运营发展能力以及市场核心竞争力，在经济、社会、生态三效益有机联系中将我国水力发电事业推向更高地发展阶段，不断为社会经济发展注入活力。
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论文作者:张小文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/8/26
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