「水电站」水轮机故障的诊断和维修分析

创业 2024-11-27 00:03 福建

前言

现在，水力发电站几乎都做到了无人化(即从控制所进行远方控制，自动运行)，其设备的维修保养，也是以巡视员定期检查为主(例如每两周进行一次)。

但是由于熟练检修工的减少，以及巡检中对检修人员的技术水平依赖过丈等原因，从系统安全运行的观点来看，要做到有效地防止故障，以及有效地保养设备，上述方法还存在一定问题。基于这种情况，产生了水电站设备运行状态日常自动监视的预防维修系统。

本文对其设计方法和现状扼要进行说明。

此外，有关构造部件材质劣化的日常监视项目，因目前尚未实施，故文中予以省略。

预防维修的意义

一般来说，设备维修技术分为：故障发生后进行的故障维修(事后维修)、定期分解检查的预防维修、根据诊断数据进行预测及处理的预测维修(预知维修)等三个类别。这些都是从狭义上来谈预防维修的含义。而从广义上来讲，预防维修还包括故障的预防，故障发生的部位及原因的判断，早期恢复手段及方法的决定，安全运行及复归操作等。

下面拟从广义上概要叙述有关的技术。

预防维修的目的

预防维修的目的大体上分为经济性的提高，技术能力的提高和质量(可靠性)的提高三个方面。

(1)经济性的提高

旨在防范事故于未然，或者一旦发生事故时，可以由于早期发现而缩短设备的停机时间，提高设备的运转。此外，避免不必要的多余修理，谋求其最优化以缩减修理费。

(2)技术性能的提高

针对着熟练检修工的减少，该系统把各熟练捡修工的技术集中起来发挥作用，去掉了人们个体问的差异，从只凭直观的判断向定量分析发展。

(3)质量(可靠性)的提高

防止突发事故的产生，或者在发生突发事故时，利用早期发现以确保安全，提高可靠性。

系统构成

现就水电站预防维修系统构成的概要情况说明如下。系铳的构成大体上分为控制所里的集中监视装置(总局)和通过调制解调器(传送装置)连接起来的各发电站内的个别监视装置(分局)。而分局再分为测定状态置的传感器部、进行运算处理的CPU部及键盘。

CRT等人机对话部这三部分。同样主局也分为CPU 部、人机对话部两部分。

水电站故障的实况及状态量

据电气学会技术报告登载的过去l0年间(73年～82年)水电站发生设备故障的统计，与水轮机有关的故障，最多的是发生在给排水装置，其次是水轮机本体、压油装置等，分别发生故障的次数大约为每台两年多发生一次。

另外，从这些装置各部位的故障发生率来看，给排水装置的管道、阀门类、过滤器、水泵等水轮机本体的导叶、导叶周围封水装置等’压油装置的供油设备，管道、阀门，油泵等部件故障率高．再者，从原因上来分类，属自然劣化的故障占压倒多数，实施不良、制造不良、保养不良的则为次之。

下面概说一下各种故障分别与哪些状态量的变化有关多数故障发生对，都会伴随着某些状态量发生变化，若将其集中分类，管理上就方便得多，这些状态量即称之为相关状态量。如对于给排水装置，指的是水压、流量、振动等的增大’。

同样，对于水轮机轴承，是指-台金磨损量，轴承温度、振动值等J对于机壳、转轮、吸出管，是指噪音、振动等，对于压油装置，是指油压，油位、减载阀动作时间及次数等I对于主轴封水装置，是指填料磨掼l量、漏水量等的增大。

监测规则

预防维修的重要目的之一，在于利用对温度，振动等状态置进行日常监视，事先预测故博。这里有两种方法，一种是从已浏出的每日或每月的最高值找出其变化趋势，然后预测何时会越过给定限值。另一种方法是从上述数据的变化中找到异常的征兆。为有效地实施这些方法，考虑采用如下的监视规则。

(1)水轮机轴承温度

水轮机轴承温度随着转动部件及轴承本身是否正常、以及冷却水量、水温、室温、油温等条件而变化。从水轮机轴承维护的观点出发，总希望将轴承温度按．Ij}}冷却水置、水温、室温等条件，修正到同一个水平来进行监视。要满足这一条件，在稳定运行状态下是不难做到的，而在过渡过程的状态下，则有一定难度。例如起动时，轴承、润滑油等从冷态变暖，直到产生的热量和散发的热量平衡之前，这一期间热量的变化具有一定时间常数，呈线性滞后状态。为此，目前实施两种方法进行处理：在限定条件下做线性滞后处理}或不考虑线性滞后处理方式，而按时间变化率处理。但无论在哪种场台，都要把轴承温度的测定值、换算值、时间变化率等同时作为监视对象。

轴承故障发生以前，多数情况下会有温度变化率异常，实际情况表明，在机组起动时，轴承温度的时间变化率主要受到运行条件(轴承油槽内油温的均匀度、机组转速的上升率等)所控制。在油槽混进水的情况下，轴承温度反而会短时下。

(2)水轮机振动(或加速度)

在水轮机轴承座等处设置振动计<或加速度计)，测定振动(或加速度)的总幅值、频率等分析的结果，作为监视的对象，特别是利用频率分析怯进行监视，可在总幅值反映不出来的情况下，检测出微小的异常征候，分析原因加以判定，对进行严密的维修管理很有用。水轮机轴承等处的振动水平，除在转动等部分异常时发生变化外，还因水轮机的运行状态(例如起动时、停机时，负荷状态时等)不同而发生变化，所以设定警报限值要根据各种不同的状态而定，通常，将开始运转之初的实测值定为初值。尤其是在起动时，由于振幅大且容易发生异常，所以特别需要监视。

(3)水轮机室内噪音

由于噪音是机器内的振动以空气为媒质传送出来的，其频率成份与振动的基本成份相同，因此如对噪者的频率进行分析并加以监视，可以早期发现异常。基于这种想法，在水轮机室内安装噪音计，以噪音的总幅值和顿率分析的结果作为监视对象。在机器发生故障时，不一定总是声正幅值发生明显的、大幅度的变化，而很多场合下，虽然声压水平不高，但在频率范围内，音调却发生了变化。然而，就目前噪音监视的实例来看，由于白噪音以及优势频率有随机性，周此目前要想作些有益的监视还有一定困难。

(4)压油装置

对每次卸载，加载时间和每日加载次．数卸载，加载时的油面、油压等需要进行日常监视，这些量都随主机的运行状态而变化，所以机组运行时、停止时的警报设定水平也要有变化，这样可以检测出压力接点、油位计接点{减载阀，给气泵、压油泵等的异常。

(5)压油装置漏油

监视压油装置的总油量，将其与初期值相比较，从减少的程度即可判断出漏油量。通常总油量的测定是指对油槽内的油量进行观察，而管道，随动系统内的油不属于观察对象，但要根据温度对油量进行修正。严格地说，这里铡出的并不是总油量，但从实际运用情况来看，此方法还是能充分满足实用的。由于停机时管道等处的油要流回油槽，因此用上述方法推算出的总油量会发生变化，正因为这样，要分停止时和运行中不同的场合来整定报警值。

(6)空气压缩装置漏气

监视每一单位时间的压力下降值，如果漏气量增加，单位时问压力下降值就会增加。但空气压缩机以及压油槽给气阀动作时压力也会产生变化，因此希望只在空气压缩机处于停止状态以及给气阀处于关闭状态时检查漏气。

结束语

以上扼要说明了水轮机预防维修系统的考虑方法及其技术现状，这些从水轮机的发展史来看，还属于新的领域，今后，随着硬件技术(传感器等)的进步，软件技术(故障预测用的运算系统等)也将得到不断的改良。

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