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DQZHAN技術訊：【漲知識】水輪機故障的診斷和維修分析

前言：現在，水力發電站幾乎都做到了無人化(即從控制所進行遠方控制，自動運行)，其設備的維修保養，也是以巡視員定期檢查為主(例如每兩周進行一次)。但是由于熟練檢修工的減少，以及巡檢中對檢修人員的技術水平依賴過丈等原因，從系統**運行的觀點來看，要做到有效地防止故障，以及有效地保養設備，上述方法還存在一定問題?；谶@種情況，產生了水電站設備運行狀態日常自動監視的預防維修系統。本支對其設計方法和現狀扼要進行說明。此外，有關構造部件材質劣化的日常監視項目，因目前尚未實施，故文中予以省略。

（來源：抽蓄技術交流）

預防維修的意義

一般來說，設備維修技術分為：故障發生后進行的故障維修(事后維修)、定期分解檢查的預防維修、根據診斷數據進行預測及處理的預測維修(預知維修)等三個類別。這些都是從狹義上來談預防維修的含義。而從廣義上來講，預防維修還包括故障的預防，故障發生的部位及原因的判斷，早期恢復手段及方法的決定，**運行及復歸操作等。下面擬從廣義上概要敘述有關的技術。

預防維修的目的

預防維修的目的大體上分為經濟性的提高，技術能力的提高和質量(可靠性)的提高三個方面。

(1)經濟性的提高

旨在防范事故于未然，或者一旦發生事故時，可以由于早期發現而縮短設備的停機時間，提高設備的運轉。此外，避免不必要的多余修理，謀求其*優化以縮減修理費。

(2)技術性能的提高

針對著熟練檢修工的減少，該系統把各熟練撿修工的技術集中起來發揮作用，去掉了人們個體問的差異，從只憑直觀的判斷向定量分析發展。

(3)質量(可靠性)的提高

防止突發事故的產生，或者在發生突發事故時，利用早期發現以確保**，提高可靠性。

系統構成

現就水電站預防維修系統構成的概要情況說明如下。系銃的構成大體上分為控制所里的集中監視裝置(總局)和通過調制解調器(傳送裝置)連接起來的各發電站內的個別監視裝置(分局)。而分局再分為測定狀態置的傳感器部、進行運算處理的CPU部及鍵盤。CRT等人機對話部這三部分。同樣主局也分為CPU部、人機對話部兩部分。

水電站故障的實況及狀態量

據電氣學會技術報告登載的過去l0年間(73年～82年)水電站發生設備故障的統計，與水輪機有關的故障，*多的是發生在給排水裝置，其次是水輪機本體、壓油裝置等，分別發生故障的次數大約為每臺兩年多發生一次。另外，從這些裝置各部位的故障發生率來看，給排水裝置的管道、閥門類、過濾器、水泵等水輪機本體的導葉、導葉周圍封水裝置等’壓油裝置的供油設備，管道、閥門，油泵等部件故障率高．再者，從原因上來分類，屬自然劣化的故障占壓倒多數，實施**、制造**、保養**的則為次之。

下面概說一下各種故障分別與哪些狀態量的變化有關多數故障發生對，都會伴隨著某些狀態量發生變化，若將其集中分類，管理上就方便得多，這些狀態量即稱之為相關狀態量。如對于給排水裝置，指的是水壓、流量、振動等的增大’同樣，對于水輪機軸承，是指-臺金磨損量，軸承溫度、振動值等J對于機殼、轉輪、吸出管，是指噪音、振動等，對于壓油裝置，是指油壓，油位、減載閥動作時間及次數等I對于主軸封水裝置，是指填料磨摜l量、漏水量等的增大。

監測規則

預防維修的重要目的之一，在于利用對溫度，振動等狀態置進行日常監視，事先預測故博。這里有兩種方法，一種是從已瀏出的每日或每月的*高值找出其變化趨勢，然后預測何時會越過給定限值。另一種方法是從上述數據的變化中找到異常的征兆。為有效地實施這些方法，考慮采用如下的監視規則。

(1)水輪機軸承溫度

水輪機軸承溫度隨著轉動部件及軸承本身是否正常、以及冷卻水量、水溫、室溫、油溫等條件而變化。從水輪機軸承維護的觀點出發，總希望將軸承溫度按．Ij}}冷卻水置、水溫、室溫等條件，修正到同一個水平來進行監視。要滿足這一條件，在穩定運行狀態下是不難做到的，而在過渡過程的狀態下，則有一定難度。例如起動時，軸承、潤滑油等從冷態變暖，直到產生的熱量和散發的熱量平衡之前，這一期間熱量的變化具有一定時間常數，呈線性滯后狀態。為此，目前實施兩種方法進行處理：在限定條件下做線性滯后處理}或不考慮線性滯后處理方式，而按時間變化率處理。但無論在哪種場臺，都要把軸承溫度的測定值、換算值、時間變化率等同時作為監視對象。

軸承故障發生以前，多數情況下會有溫度變化率異常，實際情況表明，在機組起動時，軸承溫度的時間變化率主要受到運行條件(軸承油槽內油溫的均勻度、機組轉速的上升率等)所控制。在油槽混進水的情況下，軸承溫度反而會短時下。

(2)水輪機振動(或加速度)

在水輪機軸承座等處設置振動計<或加速度計)，測定振動(或加速度)的總幅值、頻率等分析的結果，作為監視的對象，特別是利用頻率分析怯進行監視，可在總幅值反映不出來的情況下，檢測出微小的異常征候，分析原因加以判定，對進行嚴密的維修管理很有用。水輪機軸承等處的振動水平，除在轉動等部分異常時發生變化外，還因水輪機的運行狀態(例如起動時、停機時，負荷狀態時等)不同而發生變化，所以設定警報限值要根據各種不同的狀態而定，通常，將開始運轉之初的實測值定為初值。尤其是在起動時，由于振幅大且容易發生異常，所以特別需要監視。

(3)水輪機室內噪音

由于噪音是機器內的振動以空氣為媒質傳送出來的，其頻率成份與振動的基本成份相同，因此如對噪者的頻率進行分析并加以監視，可以早期發現異常。基于這種想法，在水輪機室內安裝噪音計，以噪音的總幅值和頓率分析的結果作為監視對象。在機器發生故障時，不一定總是聲正幅值發生明顯的、大幅度的變化，而很多場合下，雖然聲壓水平不高，但在頻率范圍內，音調卻發生了變化。然而，就目前噪音監視的實例來看，由于白噪音以及優勢頻率有隨機性，周此目前要想作些有益的監視還有一定困難。

(4)壓油裝置

對每次卸載，加載時間和每日加載次．數卸載，加載時的油面、油壓等需要進行日常監視，這些量都隨主機的運行狀態而變化，所以機組運行時、停止時的警報設定水平也要有變化，這樣可以檢測出壓力接點、油位計接點{減載閥，給氣泵、壓油泵等的異常。

(5)壓油裝置漏油

監視壓油裝置的總油量，將其與初期值相比較，從減少的程度即可判斷出漏油量。通?？傆土康臏y定是指對油槽內的油量進行觀察，而管道，隨動系統內的油不屬于觀察對象，但要根據溫度對油量進行修正。嚴格地說，這里鍘出的并不是總油量，但從實際運用情況來看，此方法還是能充分滿足實用的。由于停機時管道等處的油要流回油槽，因此用上述方法推算出的總油量會發生變化，正因為這樣，要分停止時和運行中不同的場合來整定報警值。

(6)空氣壓縮裝置漏氣

監視每一單位時間的壓力下降值，如果漏氣量增加，單位時問壓力下降值就會增加。但空氣壓縮機以及壓油槽給氣閥動作時壓力也會產生變化，因此希望只在空氣壓縮機處于停止狀態以及給氣閥處于關閉狀態時檢查漏氣。

結束語

以上扼要說明了水輪機預防維修系統的考慮方法及其技術現狀，這些從水輪機的發展史來看，還屬于新的領域，今后，隨著硬件技術(傳感器等)的進步，軟件技術(故障預測用的運算系統等)也將得到不斷的改良。