水電站機(jī)電設(shè)備常見故障及運(yùn)維優(yōu)化分析

水電站是水能發(fā)電的主要設(shè)施，對于保障國家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。水電站機(jī)電設(shè)備復(fù)雜，如發(fā)電機(jī)組、水泵、調(diào)節(jié)閥門等，其涉及多個領(lǐng)域的知識，包括機(jī)械、電氣、電子、水力學(xué)等。水電站機(jī)電設(shè)備的故障會影響發(fā)電效率和安全性，甚至可能引起事故?！端娬緳C(jī)電設(shè)備故障分析與處理技術(shù)（機(jī)械分冊）》對水電站的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備的故障原因及處理進(jìn)行分析，其中水輪機(jī)故障分析包含轉(zhuǎn)動部分、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、水導(dǎo)軸承、豐軸密封以及金屬埋件等，發(fā)電機(jī)故障分析包含定子與轉(zhuǎn)子、機(jī)架與軸承以及輔助設(shè)備等，調(diào)速系統(tǒng)故障分析包含機(jī)械液壓系統(tǒng)和油壓裝置，輔助系統(tǒng)故障分析包括供水和空氣系統(tǒng)。本文參閱該書內(nèi)容，對水電站機(jī)電設(shè)備常見故障及運(yùn)維優(yōu)化進(jìn)行探討。

故障分析是保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水輪機(jī)是水電站中最核心的機(jī)電設(shè)備之一，其故障會嚴(yán)重影響水電站的發(fā)電能力和安全穩(wěn)定運(yùn)行。常見水輪機(jī)故障有：第一，葉輪損壞。水輪機(jī)葉輪是水流在轉(zhuǎn)子上的動能轉(zhuǎn)換部件，承受著巨大的水力沖擊和離心力。長期運(yùn)行后葉輪表面容易出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)葉片斷裂、葉輪脫落等故障。第二，軸承磨損。水輪機(jī)軸承是支撐轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)承受轉(zhuǎn)子的重力和慣性力，長期運(yùn)行后容易出現(xiàn)磨損和疲勞斷裂等問題。第三，密封失效。水輪機(jī)密封件包括前軸封、后軸封、油封等，負(fù)責(zé)防止水和油從軸承處泄漏。經(jīng)過長期運(yùn)行，這些密封件容易出現(xiàn)老化、磨損等故障，可能導(dǎo)致泄漏和滲漏。以上故障均會導(dǎo)致水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化，影響水輪機(jī)的輸出功率，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致水輪機(jī)失效。

發(fā)電機(jī)的主要功能是將水輪機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。其常見故障如下：第一，繞組故障。發(fā)電機(jī)繞組是電磁場產(chǎn)生的重要部件，容易受到電磁力的影響，長期運(yùn)行可能導(dǎo)致繞組絕緣老化、開路、短路等故障發(fā)生。第二，軸承故障。發(fā)電機(jī)軸承用來支撐轉(zhuǎn)子，長時間運(yùn)行容易出現(xiàn)磨損和疲勞斷裂等故障。第三，冷卻系統(tǒng)故障。發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)扇、水冷器等，容易受到腐蝕、堵塞等，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度過高。第四，電刷故障。發(fā)電機(jī)電刷是導(dǎo)電部件，負(fù)責(zé)將電流從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子傳遞到固定部件上，容易出現(xiàn)磨損、斷裂，從而影響發(fā)電機(jī)輸出功率和電壓穩(wěn)定性。

變壓器負(fù)責(zé)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成合適的電壓進(jìn)行輸送。受長期運(yùn)行和環(huán)境等因素影響，變壓器可能會出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致水電站電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定或者癱瘓。常見變壓器故障如下：第一，絕緣故障。變壓器長期運(yùn)行后容易出現(xiàn)老化、損傷等情況，從而導(dǎo)致絕緣破裂、放電。第二，短路故障。變壓器內(nèi)部的線圈和鐵心接觸不良或者損傷等情況，可能會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路、變壓器內(nèi)部電流過大，嚴(yán)重時可能會使變壓器燒毀。第三，油污故障。變壓器內(nèi)部的油是散熱和絕緣的重要介質(zhì)，運(yùn)行過程中可能會因污染、氧化等導(dǎo)致油質(zhì)變差，造成變壓器溫度過高，電壓不穩(wěn)定，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致變壓器失效。第四，過載故障。變壓器在工作中可能會因負(fù)載過大而出現(xiàn)故障，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部電流過大，溫度升高，影響變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行。過載故障還會影響變壓器的壽命和安全性能。

針對上述機(jī)電設(shè)備故障，水電站可以采取以下措施進(jìn)行運(yùn)維優(yōu)化：第一，設(shè)備巡檢。巡檢人員應(yīng)制訂合理的巡檢計劃，對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行定期巡檢，及時發(fā)現(xiàn)故障和潛在問題，采取預(yù)防性維護(hù)措施。巡檢內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)備外觀、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備接線及電器元件、設(shè)備潤滑及冷卻系統(tǒng)、設(shè)備安全保護(hù)裝置等。同時，巡檢人員應(yīng)對巡檢工作進(jìn)行詳細(xì)記錄，包含巡檢時間、人員、內(nèi)容、結(jié)果以及維護(hù)措施等。第二，數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析。工程人員應(yīng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器設(shè)備對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和速度。監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包含設(shè)備溫度、壓力、電流、電壓和轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)。第三，維護(hù)管理。水電站應(yīng)構(gòu)建完善的維護(hù)管理體系，包括責(zé)任分工、流程標(biāo)準(zhǔn)、制度規(guī)范等，以確保設(shè)備得到定期保養(yǎng)和檢修，同時及時更新設(shè)備維護(hù)記錄和運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行有效的維護(hù)管理和故障分析。第四，提升設(shè)備的安全性。水電站應(yīng)安裝溫度傳感器、壓力傳感器、安全閥、限位開關(guān)等安全裝置，對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)，防止設(shè)備因故障或異常操作引發(fā)事故。同時，設(shè)備管理人員應(yīng)在設(shè)備周圍設(shè)置安全標(biāo)識，如安全提示、警示標(biāo)識、緊急停機(jī)按鈕標(biāo)識等。

綜上所述，水電站機(jī)電設(shè)備常見故障包括水輪機(jī)故障、發(fā)電機(jī)故障和變壓器故障等，水電站應(yīng)建立完善的設(shè)備維護(hù)管理體系，對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和監(jiān)測，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常問題，以確保水電站的正常運(yùn)行和發(fā)電效率。

作者簡介：王東（１９８１—），男，重慶人，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用