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探究贯流式水轮发电机故障的维护策略
摘要：随着水电事业的发展，贯流式水轮发电机组应用在水电站运营中，以其具有的大流量、低水头的优势，为水电资源开发利用给以动力支持。但是，在实际运行中存在的操作隐患也是值得研究的，这关系到我国水利设施建设的发展前景。
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发电运行管理的任务艰巨而又烦琐，生产设备关系到电站运行稳定性，进行设备的操控首要的是对故障予以排除。
1、贯流式水轮发电机组常见的故障分析
贯流式水流发电机从20世纪从国外引进来，作为一种新型产品，用于潮汐水力资源和平川大江的开发工作中，贯流式水流水轮发动机组、水能性能好、流量大、效率高、通流管度、管道平缓，在装机容量较大的电机运行过程中，投入生产后累计发电，为电力事业发展贡献巨大力量。但是，在使用过程中，设备的安装质量以及使用年限，再加上维护管理缺乏经验，出现了一系列的故障，导致了事故发生，给企业带来了一定的经济损失。因此，对于贯流式水轮发电机定转子故障等进行分析，并采取有效的措施进行处理，是本文所要论述的重要课题。
(1）流式水轮发电机组定转子常见故障常见于转子阻尼条，一般发生在安装完毕后，投产不到3年的发电机组中，出现阻尼条断裂故障的时候，必须针对故障发生的原因采用测量的方式加以查找。发电定子一般运行范围在35×25×4毫米内，一旦超过，就意味着故障发生，而且定子发生故障会导致周边接连发生阻尼条故障。
(2）转子磁极接头发热故障表现为接头发热严重被损坏（如图1），传子磁接头因发热焊锡外流故障。这种故障常见于在安装后，为了追求进度磁极连接头的接触面，出现铜材温度未达到设计要求，同时，因为清洁不彻底导致的故障发生。
图1 贯流发电机定子穿心螺栓烧毁照片
(3）备用状态下，发电机定子铁芯硅钢片损坏和线圈接地导致的发生故障，一般是在刚性硅钢片发生了松动破损之后，子线圈绝缘出现了电发动机的单相接地事故，检修时，可发现定子铁芯硅钢片出现松动，特别是两端硅钢片松动破损较为严重。
2、发电机定转子故障原因分析
(1）转子阻尼条的故障。经过检查，一般会发现由于部分阻尼条材质较差，导致不平衡电流发生。在进行阻尼条的发热和变形减控供过程中发生不平衡电流，而传子磁极并接头发热故障，究其原因，一般是磁机连接头的基础面清洁不彻底。对其发生原因进行分析，首先，是由于电腐蚀影响，阻尼条焊点脱落，逐步发生了定子铁芯、硅钢片的损伤（如图2）。在机械离心力和热应力作用下，逐一检查各阻尼条焊点，发现问题后，及时进行补焊和修复，可解决上述问题。
再就是阻尼条材质较差，断口可见沙孔，出现三相负荷短时不平衡等现象，特别是在插入和取出炉中的时候，出现了电网总装机80%的容量出现不能运行的情况。此时，三相电极不但没有发生升降，而且产生了较大的不平衡电流，发电机内发生了负序分量，阻尼条感受到了强大的复制电流以后，加速了变形和发热。
图2 贯流电机定子硅钢片损坏照片
在巡查中发现的定子硅钢片损坏，主要发生原因是由于铁芯松动，叠压定子铁芯跟钢片用量不足，钢片破损严重时，定子铁芯经拆除破损，破损较轻，可以使用加环氧树脂的方法楔入定子松动的地方，但是，严重部位即便加入了环氧树脂，依然无法弥补铁芯破损问题，多次发生从一条断裂进入硅钢片出现了多条断裂，在机械力电磁力的作用下，电子铁芯发现发生浸水，继而发生锈蚀，降低了定子线圈的绝缘性能（如图3）。
图3 贯流电机定子穿心螺杆烧毁和变形照片
由于发电机引出线导致的故障，这是因为发电机停机后投入加热管制，在监视力度上不足，贯流式水力发电机四周水流通道，内外温差较大，停机时出现了水珠凝聚的现象，此时，容易导致发电机发生潮湿的情况。由于厂方选择的发电机引线受热对温差影响较大，在表面发生裂纹后，多数电缆从外面可以看到铜芯线，遇到发电机加热管，电源故障后因引线受潮对地或相间放电，导致了发电机开机后升压，引发短路事故和引线击穿事故。
(2）贯流式水轮机水流一般呈直线状，转轮形状和轴流式转轮相似，适用于水头应用效率高，一般水流成直线形，是一种卧式水轮机轮状形状，与轴状轮转轮相似，贯流式水轮机有定桨和转桨两种，其工作原理是水流沿着流道内、沿着轴向运动，机组发生过水和水利效率的提升，在运作时，与水泵相互运用，具有较好的水力性能，特别适用于潮汐电站，实现双向抽力和双向发电。机组采用轴伸贯流式、竖井贯流式、灯泡贯流式等多种形式，在运行过程中，由于种种原因容易导致结构出现不稳定性，继而产生故障。实际操作中，由于定位镜内镜上下游侧叫大中间小，实际操作中工艺不到位，可能会导致协调结构的定子铁芯，在基准面轴向移动的同一水平方向上发生移动，造成电子铁性压紧后结构契合困难。
3、贯流式水轮发电机故障维护策略
(1）故障维护人员要求技术过硬，检查材料和物资是经过严格的审核，后方可将焊条材料等进行入场，确保原材料的质量符合标准和要求。设备存放时，依照相关的规范，对放在露天场所的设备做好防雨防晒，保护周围要堆砌临时围墙，并做好排水的防潮措施。安装单位要提交水流方案、发动机组的组织措施，以及具体的施工组织措施。相关人员做好审查施工组织，安排相应的技术人员现场监督指导。贯流式水轮发电机故障拆除如图4。
图4 贯流式水轮发电机故障拆除
(2）水轮机的水力损失，机组转速尚未达到额定转速，出力下降，在水头不变的情况下，确认机组出力下降。导叶开度指针已达到空载开度，或超过原来开度数值，其原因一般是由于水轮机的容积损失（流量损失）或者机械损失。
上述故障的处理方法可以在机组运行或停机情况下，保证尾水管淹没深度不得少于300毫米（冲击式水轮机除外）。注意进水或出水情况，发现杂音停机检查处理，保持转轮在正常状态下运转，如突然出现机组出力下降，振动加剧，原因可能是润滑油系统故障供油不正常、冷却水系统故障冷却水中断或者其他原因，使机组振动，处理措施是对轴流定浆式水轮机检查，保证轴心稳定，防止机组旋转摆动或振动。推力轴承，承受转轮轴向推力。
(3）检查中，对于电源加嵌入电源屏内部的有放电灼伤痕迹的，要进行有效的绝缘包扎。检查主变低压侧真空断路器的故障，如果发现有发电机甩负荷、过速事故，则立即停机，进行润滑油脂的施加以及清污后，保证操作机构恢复正常后核查进行运行。在安装过程中，检察管型座底子和法兰的同心度，对镜板发电、轴颈和水倒轴颈等部位加大检修力度。各个部件的连接螺栓的运营力应符合设计要求。定子转子内的各个工具和零件应防止落入气隙，对机组各个部位的高压顶起装置、轴瓦和油孔进行彻底清洗，注意采用循环的方式冲洗管路，并保持各轴瓦的进油边尺寸。
4、结语
水电站中重要的设备是水轮发电机组，这是水单站机电设备安装的核心部分。保证发电机组正常平稳运行，就要做好各种故障的巡检以及故障原因的分析，并有针对性地采取检修隐患排除的方法，保证发电机组的正常运行。
参考文献：
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2020-07-16
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期刊名称：水力发电学报
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主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国水力发电工程学会
出版地方：北京
专业分类：水利
国际刊号：1003-1243
国内刊号：11-2241/TV
创刊时间：1982年
发行周期：月刊
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2020-07-16
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