DQZHAN技術訊：【漲知識】水輪機故障的診斷和維修分析
前言：現(xiàn)在，水力發(fā)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(yǎng)，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(tǒng)**運行的觀點來看，要做到有效地防止故障，以及有效地保養(yǎng)設備，上述方法還存在一定問題?；谶@種情況，產(chǎn)生了水電站設備運行狀態(tài)日常自動監(jiān)視的預防維修系統(tǒng)。本支對其設計方法和現(xiàn)狀扼要進行說明。此外，有關構造部件材質劣化的日常監(jiān)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(fā)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(jù)診斷數(shù)據(jù)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(fā)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(jīng)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(jīng)濟性的提高
旨在防范事故于未然，或者一旦發(fā)生事故時，可以由于早期發(fā)現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)把各熟練撿修工的技術集中起來發(fā)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(fā)展。
(3)質量(可靠性)的提高
防止突發(fā)事故的產(chǎn)生，或者在發(fā)生突發(fā)事故時，利用早期發(fā)現(xiàn)以確保**，提高可靠性。
系統(tǒng)構成
現(xiàn)就水電站預防維修系統(tǒng)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(jiān)視裝置(總局)和通過調(diào)制解調(diào)器(傳送裝置)連接起來的各發(fā)電站內(nèi)的個別監(jiān)視裝置(分局)。而分局再分為測定狀態(tài)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(tài)量
據(jù)電氣學會技術報告登載的過去l0年間(73年～82年)水電站發(fā)生設備故障的統(tǒng)計，與水輪機有關的故障，*多的是發(fā)生在給排水裝置，其次是水輪機本體、壓油裝置等，分別發(fā)生故障的次數(shù)大約為每臺兩年多發(fā)生一次。另外，從這些裝置各部位的故障發(fā)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(shù)，實施**、制造**、保養(yǎng)**的則為次之。
下面概說一下各種故障分別與哪些狀態(tài)量的變化有關多數(shù)故障發(fā)生對，都會伴隨著某些狀態(tài)量發(fā)生變化，若將其集中分類，管理上就方便得多，這些狀態(tài)量即稱之為相關狀態(tài)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(shù)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(jiān)測規(guī)則
預防維修的重要目的之一，在于利用對溫度，振動等狀態(tài)置進行日常監(jiān)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(shù)據(jù)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(jiān)視規(guī)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(fā)，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(jiān)視。要滿足這一條件，在穩(wěn)定運行狀態(tài)下是不難做到的，而在過渡過程的狀態(tài)下，則有一定難度。例如起動時，軸承、潤滑油等從冷態(tài)變暖，直到產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量平衡之前，這一期間熱量的變化具有一定時間常數(shù)，呈線性滯后狀態(tài)。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(jiān)視對象。
軸承故障發(fā)生以前，多數(shù)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(nèi)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(jiān)視的對象，特別是利用頻率分析怯進行監(jiān)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(fā)生變化外，還因水輪機的運行狀態(tài)(例如起動時、停機時，負荷狀態(tài)時等)不同而發(fā)生變化，所以設定警報限值要根據(jù)各種不同的狀態(tài)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(fā)生異常，所以特別需要監(jiān)視。
(3)水輪機室內(nèi)噪音
由于噪音是機器內(nèi)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(jiān)視，可以早期發(fā)現(xiàn)異常。基于這種想法，在水輪機室內(nèi)安裝噪音計，以噪音的總幅值和頓率分析的結果作為監(jiān)視對象。在機器發(fā)生故障時，不一定總是聲正幅值發(fā)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(nèi)，音調(diào)卻發(fā)生了變化。然而，就目前噪音監(jiān)視的實例來看，由于白噪音以及優(yōu)勢頻率有隨機性，周此目前要想作些有益的監(jiān)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(shù)卸載，加載時的油面、油壓等需要進行日常監(jiān)視，這些量都隨主機的運行狀態(tài)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(jiān)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。通常總油量的測定是指對油槽內(nèi)的油量進行觀察，而管道，隨動系統(tǒng)內(nèi)的油不屬于觀察對象，但要根據(jù)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(fā)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(jiān)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(chǎn)生變化，因此希望只在空氣壓縮機處于停止狀態(tài)以及給氣閥處于關閉狀態(tài)時檢查漏氣。
結束語
以上扼要說明了水輪機預防維修系統(tǒng)的考慮方法及其技術現(xiàn)狀，這些從水輪機的發(fā)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(tǒng)等)也將得到不斷的改良。
