灯泡贯流式水轮发电机组故障诊断方法浅析

灯泡贯流式水轮发电机组故障诊断方法浅析

张昌隆

福建华电高砂水电有限公司  福建省沙县区  365050

摘要：在国家科技水平和经济实力不断提高的促进下，我国水力发电技术日益成熟，水力发电产业也随即得到快速发展。在水电厂运营过程中，保证水轮发电机组长期可靠运行，是提高发电效率和促进企业平稳发展的基本保障，但是水轮发电机组长期处在持续运转工作状态下，不可避免的会出现一些故障问题，故而最关键的是做到各种故障问题的正确诊断和及时排除。基于此本文以灯泡贯流式水轮发电机组为研究对象，着重分析该类型发电机组的故障诊断方法。

关键词：灯泡贯流式水轮发电；机组故障；故障诊断方法

引言

水电在中国的能源结构中一直占有重要地位，为国家的工业和城市用电提供了可靠的电力支持。50年代，我们就开始重视水电的开发，启动了一系列水电站的建设。改革开放后，随着社会生产力的高度发展，能源需求越来越多，我们启动了大规模的水电工程建设。经过70多年的发展建设，一些水利资源好、经济效益高的水利工程得到充分开发。灯泡贯流式水轮发电机组因为具备低水头和效率高等优质特点，从而在低水头水力资源区域得到大量应用。而机组运行的安全可靠直接与企业的效益息息相关，一旦出现机组运行故障问题，难免会造成一定经济损失，因此水电厂很有必要切实加强运行管理，有效降低发电机组故障率。同时也需要深入分析机组常见故障及故障成因和诊断处理措施，以便促进机组平稳运行。

1灯泡贯流式水轮发电机的常见问题

灯泡贯流式发电机是较普遍的一项发电设备，在运行过程中会出现一些故障问题导致无法正常作业，常见的问题主要有过高的运行温度、定子绝缘受损、转子扫膛出现裂纹、铁心出现弯曲松动等。这几项常见故障中较为严重的是铁心出现松动，严重时会对电机的安全稳定造成影响。不同的厂家生产的定子出现铁心松动的情况均有不同。以某厂家生产的电机举例，铁心在压指时出现变形或在压指时造成叠片松动，叠片呈波浪形状；而另一厂家生产的电机是因为内硅钢片膨胀而导致的铁心变形，定子线圈绝缘因位移的作用下被割伤，最终让硅钢片断裂。如果定子铁心出现松动或者位移的情况，会导致运行过程中线棒绝缘被击穿，出现较大的电磁噪声。近些年定子绝缘问题发生较为频繁，主要是因为电机组结构上的弱点，定子绝缘损坏现象高于普通水轮发电机。

2灯泡贯流式水轮发电机的维修诊断要点

2.1检查动力设备

水轮机是水力发电的主要设备，在水轮机的作用下将动能转化为电能，故而起到发电效果。我公司水轮机是灯泡贯流转桨式水轮机，装置形式为卧轴灯泡式，水轮机由以下部件组成：转动部分、导水机构、埋入部分、主轴密封、受油器、回复机构及油管路布置、水导轴承、接力器、离心开关、漏油装置等。机组的转动部分由两个导轴承支承，发电机转子与水轮机转轮悬挂在导轴承的两端，为双支点双悬臂结构，水轮机转轮装在下游侧转轮室内。每年汛前、汛后均需安排一次检修，着重检查转轮是否有裂缝、气蚀、漏油以及叶片与转轮室内壁有没有碰磨、刮擦现象，叶片螺栓是否松动等。全面的检查不仅能够让检修质量得到提升，还可以提高发电机组的使用年限。在实际检修工作中要通过专业设备对转轮本体进行金属探测，确认气蚀情况以及螺栓是否出现连接松动，将检查情况进行详细记录，为后续维护保养提供数据支持，提高故障排查效率。

2.2发电机主轴、轴承

我厂的灯泡卧轴贯流式机组的发电机与水轮机共用一根轴，发电机无轴，转子直接悬挂在主轴上，整个机组为卧式两支点双悬臂结构布置。本机所有的重力、浮力、磁拉力、扭矩、水推力等均通过定子机座及组合轴承传递到水轮机管形壳上，并由它再传递到基础。发电机上游侧设有三个球面支撑（垂直一个、水平二个），以增强机组的稳定性，并能适应运行中整个灯泡体受热所引起的少量变形。水轮发电机组大修期间要把大轴、轴承吊出进行详细检查。为保证发电机安装后水平方向的定、转子间气隙上、下游侧一致，则主轴轴线就与管形壳上连接发电机定子的法兰平面在水平方向垂直，其误差应小于0.10mm/m。各导轴瓦工作面应满足设计要求，表面无裂纹,接触点应满足3～5点/cm2。 与轴瓦配合的轴颈表面应无毛刺高点，粗糙度Ra<0.2um。 瓦与轴颈间隙应在0.45～0.55mm之间，一般不得超过轴颈的1/1000，即0.67mm，如果超过标准值，大修期间要对轴瓦进行研磨。制作轴承的材料一般为巴氏合金材料，所以在对轴承进行检修时还需注意材料的耐高温性、抗磨性是否符合要求，这对轴承质量起到直观影响，对于这一问题需要给予足够重视。

3灯泡贯流式水轮发电机的故障原因分析

3.1运行温度过高的原因

运行温度过高与结构设计有着一定关联，除此之外冷却系统运行效率不高、发电机超额定功率运行也是运行温度过高的原因之一。

3.2定子绝缘损坏的原因

造成定子绝缘损坏分别是受高温影响导致绝缘烧坏、定子线棒出现松动、定子铁心出现松动、线圈受到损坏、过电压运行等。

3.3定子铁心翘曲变形分析

定子铁心翘曲变形的主要原因如下：1）受温度影响。运行温度对发电机影响较大，需要在定子线圈层间与铁芯槽底区设置测温元件进行监视，发现温度超过规定值时，及时进行分析处理，使其恢复到正常值范围，过高的运行温度会导致定子铁心出现翘曲变形问题。2）压指刚度无法满足要求。需要通过端部的压指来实现定子铁心齿部的压紧，若是压指刚度无法满足要求，高温状态下使铁心膨胀导致顶弯压指的情况出现，这样的变形会导致松动情况。3）技术能力方面。为了提高定子铁心的稳定性，生产过程中使用不同的技术工艺，例如通过刷胶的方式，提高冲片片间的粘合性，让定子铁心在热压作用下实现固定效果，提高抗变能力。4）长期运行后片间绝缘收缩。长时间的运行会导致片间绝缘出现收缩现象，这个时候若是没有及时对螺杆扭矩进行调整，会让叠片变松。实际应用阶段因定子线圈端部的阻挡效果，难以对螺杆扭矩进行检查和拉紧。

3.4转子扫膛及中心体产生裂纹的原因

铁心定位筋开焊是影响转子扫膛出现裂纹或脱落的主要因素，这与焊接质量也有较大关联，还有一部分原因就是转子偏心，导致单边磁拉力过大。而出现中心体裂纹的主要原因则是因为局部应力不满足规范要求，或缺乏合理的结构设计。

4灯泡贯流式水轮发电机故障的防治

导致水轮发电机出现故障问题的因素较多，出厂质量因素、设计因素、安装因素、维修养护因素、运行维护因素等，对于这些问题需要提高日常防范，全面降低发电机故障率。

4.1落实监督管理

从监督管理方面做好以下几点的控制。①如设计阶段出现问题需进行针对性调整，包括定子槽形状、绝缘材料的选择等，通过优化设计，可以提高定子压指刚度；②对运行过程实时监测，确保机组的声音、温度、摆度、振动等数据无异常，便于发现问题第一时间处理，避免因时间延误造成损失；③做好日常维修养护，严格检查定子铁心、磁极、磁轭、固定构件等，全面落实隐患排查，避免发生设备事故造成安全损失；④将各项检查严格落实，确保发电机组安全稳定性得到控制。

4.2中心体和转子扫膛开裂的防范措施

中心体和转子扫膛开裂的防范措施可通过以下几点。①仔细检查转子的偏心度是否出现异常，避免单边磁拉力过大；②对磁极键和磁轭键进行定期检查，确保无任何松动或位移；③对定子铁心燕尾筋和中如出现局部应力偏高的情况可适当提高强度，如出现裂缝需及时补焊；⑤对运行过程进行实施监控，确保各项数值符合要求。

4.3铁心松动现象的防范措施

通过以下几点进行防控，①对铁心表面和铁心端部进行定期检查，确保无铁锈、无位移、无断裂、无变色、无变形、无松动等情况；②对齿压板的压指进行定期检查、确认无松动变形，压指和铁心端片无空隙；③监测运行过程中是否存在噪声和振动，发现异常及时处理；④出现松动情况需第一时间进行处理，防止情况严重化。

4.4定子、转子绝缘击穿的防范措施

通过以下几点进行防控，①做好现场检查，确认无任何遗留物，避免定子或转子绝缘收到破坏；②对定子、转子进行定期清理，将油泥、油污、滑环碳粉等清理干净，避免堵塞通风沟；③停机状态下需做好通风加热等措施，避免出现发电机主绝缘受潮情况；④检查机组防护网状态，确保无异物进入发电机膛；⑤出现松动情况需第一时间进行处理，避免松动加重。

结束语：总之水轮发电机组是水电厂必不可少的物质资产和生产设备，目前灯泡贯流式水轮机发电机组凭借自身优势在水电厂项目中的应用越来越广泛，由于水轮机发电机组运行过程中，难免会出现故障问题，从而对水电厂发电效率和运营收益造成负面影响，因此上文系统性分析了灯泡贯流式发电机常见故障、故障检查与诊断流程及故障成因与处理措施，希望对水电厂有所助益。

参考文献

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