DQZHAN技術(shù)訊：【漲知識(shí)】水輪機(jī)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(jìn)行遠(yuǎn)方控制，自動(dòng)運(yùn)行)，其設(shè)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(jìn)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(shù)水平依賴過丈等原因，從系統(tǒng)**運(yùn)行的觀點(diǎn)來看，要做到有效地防止故障，以及有效地保養(yǎng)設(shè)備，上述方法還存在一定問題。基于這種情況，產(chǎn)生了水電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)日常自動(dòng)監(jiān)視的預(yù)防維修系統(tǒng)。本支對其設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)狀扼要進(jìn)行說明。此外，有關(guān)構(gòu)造部件材質(zhì)劣化的日常監(jiān)視項(xiàng)目，因目前尚未實(shí)施，故文中予以省略。

（來源：抽蓄技術(shù)交流）

預(yù)防維修的意義

一般來說，設(shè)備維修技術(shù)分為：故障發(fā)生后進(jìn)行的故障維修(事后維修)、定期分解檢查的預(yù)防維修、根據(jù)診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測及處理的預(yù)測維修(預(yù)知維修)等三個(gè)類別。這些都是從狹義上來談?lì)A(yù)防維修的含義。而從廣義上來講，預(yù)防維修還包括故障的預(yù)防，故障發(fā)生的部位及原因的判斷，早期恢復(fù)手段及方法的決定，**運(yùn)行及復(fù)歸操作等。下面擬從廣義上概要敘述有關(guān)的技術(shù)。

預(yù)防維修的目的

預(yù)防維修的目的大體上分為經(jīng)濟(jì)性的提高，技術(shù)能力的提高和質(zhì)量(可靠性)的提高三個(gè)方面。

(1)經(jīng)濟(jì)性的提高

旨在防范事故于未然，或者一旦發(fā)生事故時(shí)，可以由于早期發(fā)現(xiàn)而縮短設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，避免不必要的多余修理，謀求其*優(yōu)化以縮減修理費(fèi)。

(2)技術(shù)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(shù)集中起來發(fā)揮作用，去掉了人們個(gè)體問的差異，從只憑直觀的判斷向定量分析發(fā)展。

(3)質(zhì)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(shí)，利用早期發(fā)現(xiàn)以確保**，提高可靠性。

系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)就水電站預(yù)防維修系統(tǒng)構(gòu)成的概要情況說明如下。系銃的構(gòu)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(gè)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(jìn)行運(yùn)算處理的CPU部及鍵盤。CRT等人機(jī)對話部這三部分。同樣主局也分為CPU部、人機(jī)對話部兩部分。

水電站故障的實(shí)況及狀態(tài)量

據(jù)電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告登載的過去l0年間(73年～82年)水電站發(fā)生設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)，與水輪機(jī)有關(guān)的故障，*多的是發(fā)生在給排水裝置，其次是水輪機(jī)本體、壓油裝置等，分別發(fā)生故障的次數(shù)大約為每臺(tái)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(jī)本體的導(dǎo)葉、導(dǎo)葉周圍封水裝置等’壓油裝置的供油設(shè)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?jí)旱苟鄶?shù)，實(shí)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(guān)多數(shù)故障發(fā)生對，都會(huì)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(guān)狀態(tài)量。如對于給排水裝置，指的是水壓、流量、振動(dòng)等的增大’同樣，對于水輪機(jī)軸承，是指-臺(tái)金磨損量，軸承溫度、振動(dòng)值等J對于機(jī)殼、轉(zhuǎn)輪、吸出管，是指噪音、振動(dòng)等，對于壓油裝置，是指油壓，油位、減載閥動(dòng)作時(shí)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(yù)防維修的重要目的之一，在于利用對溫度，振動(dòng)等狀態(tài)置進(jìn)行日常監(jiān)視，事先預(yù)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(yù)測何時(shí)會(huì)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(shí)施這些方法，考慮采用如下的監(jiān)視規(guī)則。

(1)水輪機(jī)軸承溫度

水輪機(jī)軸承溫度隨著轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)軸承維護(hù)的觀點(diǎn)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(gè)水平來進(jìn)行監(jiān)視。要滿足這一條件，在穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)時(shí)，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(shí)間常數(shù)，呈線性滯后狀態(tài)。為此，目前實(shí)施兩種方法進(jìn)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(shí)間變化率處理。但無論在哪種場臺(tái)，都要把軸承溫度的測定值、換算值、時(shí)間變化率等同時(shí)作為監(jiān)視對象。

軸承故障發(fā)生以前，多數(shù)情況下會(huì)有溫度變化率異常，實(shí)際情況表明，在機(jī)組起動(dòng)時(shí)，軸承溫度的時(shí)間變化率主要受到運(yùn)行條件(軸承油槽內(nèi)油溫的均勻度、機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升率等)所控制。在油槽混進(jìn)水的情況下，軸承溫度反而會(huì)短時(shí)下。

(2)水輪機(jī)振動(dòng)(或加速度)

在水輪機(jī)軸承座等處設(shè)置振動(dòng)計(jì)<或加速度計(jì))，測定振動(dòng)(或加速度)的總幅值、頻率等分析的結(jié)果，作為監(jiān)視的對象，特別是利用頻率分析怯進(jìn)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(jìn)行嚴(yán)密的維修管理很有用。水輪機(jī)軸承等處的振動(dòng)水平，除在轉(zhuǎn)動(dòng)等部分異常時(shí)發(fā)生變化外，還因水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(例如起動(dòng)時(shí)、停機(jī)時(shí)，負(fù)荷狀態(tài)時(shí)等)不同而發(fā)生變化，所以設(shè)定警報(bào)限值要根據(jù)各種不同的狀態(tài)而定，通常，將開始運(yùn)轉(zhuǎn)之初的實(shí)測值定為初值。尤其是在起動(dòng)時(shí)，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(jī)室內(nèi)噪音

由于噪音是機(jī)器內(nèi)的振動(dòng)以空氣為媒質(zhì)傳送出來的，其頻率成份與振動(dòng)的基本成份相同，因此如對噪者的頻率進(jìn)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(jī)室內(nèi)安裝噪音計(jì)，以噪音的總幅值和頓率分析的結(jié)果作為監(jiān)視對象。在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)，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(shí)例來看，由于白噪音以及優(yōu)勢頻率有隨機(jī)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(shí)間和每日加載次．?dāng)?shù)卸載，加載時(shí)的油面、油壓等需要進(jìn)行日常監(jiān)視，這些量都隨主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)而變化，所以機(jī)組運(yùn)行時(shí)、停止時(shí)的警報(bào)設(shè)定水平也要有變化，這樣可以檢測出壓力接點(diǎn)、油位計(jì)接點(diǎn){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(jìn)行觀察，而管道，隨動(dòng)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(jìn)行修正。嚴(yán)格地說，這里鍘出的并不是總油量，但從實(shí)際運(yùn)用情況來看，此方法還是能充分滿足實(shí)用的。由于停機(jī)時(shí)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(huì)發(fā)生變化，正因?yàn)檫@樣，要分停止時(shí)和運(yùn)行中不同的場合來整定報(bào)警值。

(6)空氣壓縮裝置漏氣

監(jiān)視每一單位時(shí)間的壓力下降值，如果漏氣量增加，單位時(shí)問壓力下降值就會(huì)增加。但空氣壓縮機(jī)以及壓油槽給氣閥動(dòng)作時(shí)壓力也會(huì)產(chǎn)生變化，因此希望只在空氣壓縮機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)以及給氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)檢查漏氣。

結(jié)束語

以上扼要說明了水輪機(jī)預(yù)防維修系統(tǒng)的考慮方法及其技術(shù)現(xiàn)狀，這些從水輪機(jī)的發(fā)展史來看，還屬于新的領(lǐng)域，今后，隨著硬件技術(shù)(傳感器等)的進(jìn)步，軟件技術(shù)(故障預(yù)測用的運(yùn)算系統(tǒng)等)也將得到不斷的改良。