大型水轮发电机组保护维护分析与探讨
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇大型水轮发电机组保护维护分析与探讨范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】为了确保大型水电站水轮发电机组高效稳定安全运行，以保证给用户和电力系统不间断地供应电能源，必须进行定期维护检查，及时消除隐患，防止故障停机。本文从分析水轮发电机组的结构和维护检查周期入手，简单介绍了维护检修过程的特点，并以此为延伸，对新兴的模糊专家系统在水轮发电机组中的应用进行探讨，以适应信息化时展的步伐，以更高的效率开展大型水电站水轮发电机组的维护检修保护系统进行探讨。
【关键词】水电站；水轮机；运行设备；维护检查与检修
随着我国对西南水电资源开发规模的空前扩大，大型水轮发电机作为重要电源供电将在电力系统中得到更加广泛的应用。由绝缘损坏引起的定子单相接地是大型水轮发电机的常见故障，约占定子故障总量的70%至80%。定子绕组单相接地时故障电流和过电压的大小以及保护方式均与发电机中性点接地方式密切相关。水轮发电机发生定子单相接地后，接地电流经故障点、对地电容、三相定子绕组构成回路，其大小和持续时间的长短将直接影响定子铁芯的烧伤程度。同时接地故障引起的间歇性弧光过电压可能会损坏定子绕组其他位置的绝缘，使接地故障发展成更大的相间或匝间短路危害。大型水轮发电机造价昂贵，制造工艺复杂，铁芯检修困难，所以对接地保护要求尤其严格，在装设100%保护系统的基础上，还要求中性点附近的绝缘水平下降到一定程度时保护就能动作[1-2]。目前大型水轮发电机装设的定子单相接地保护有2种：将接地故障本身信息作为判数据的双频式100%接地保护，包括基波零序电压型保护和3次谐波电压型保护；基于外加交流电源信号的注入式保护。保护动作分为2种：一种是直接作用于跳闸停机；另一种是动作于信号，故障机组转移负荷后再平稳停机。
1.水轮发电机中性点的接地方式
目前大型发电机中性点接地方式主要有配电变压器高阻接地和消弧线圈接地，对于我国大型水轮发电机中性点的接地方式，近年来工业界和学术界一直都有讨论。欧美国家的主流设计是中性点经配电变压器高阻接地，因此近年来我国新建发电厂的引进机组如三峡电厂、二滩和广州蓄能等的水轮发电机都是采用配电变压器高阻接地，保护直接作用于快速跳闸。20世纪90年代中期以前大型水轮发电机的接地主要由我国专家设计，大都采用中性点经消弧线圈接地，如葛洲坝、小浪底、岩滩和天生桥电厂等，保护动作收到信号，机组在故障发生后允许继续运行一小段时间，因当时国内电力相对紧缺，该方法对维持电网的安全稳定运行有一定作用。水轮发电机定子单相接地时接地电流对定子的损伤程度与发电机中性点接地方式息息相关，需考虑2个问题：接地电流会引起故障扩大，其大小和持续时间将影响定子铁芯的烧伤程度；接地故障引起的暂态弧光过电压对定子其他位置的绝缘造成破坏，可能会导致接地故障发展为相间或匝间短路故障。发电机中性点经消弧线圈接地情况下，C相出口处发生单相接地故障时的等效电路，XQ为消弧线圈，为感性；IXQ为单相接地故障后流过消弧线圈的接地电流；Id为单相接地故障后，实际的接地短路电流，Id=IXQ+Idc，其中，Idc=IA+IB+IC，为单相接地故障后三相对地电容电流和。发电机定子绕组或引出线发生单相接地故障时的相量。由分析可知，流过接地点的电容电流超前接地相相电压为90°，而流过消弧线圈的电流滞后接地相相电压-90°，二者正好反相，所以经消弧线圈接地可以补偿接地故障产生的容性电流。实际经验证明：若流过接地点的电流大于30A，则接地点将产生永久性电弧，严重烧损发电机定子绕组、铁芯或有关设备；如果流过接地点的电流为10至30A，则接地点将产生间歇性电弧，烧损设备的同时引起过电压保护动作。由于流过消弧线圈的电流对电容电流具有补偿作用，合理选择补偿度k（k=IXQ/Idc），就可以使得流过接地点的实际电流Id
2.水电站水轮机组运行设备的定期检修分析
定期检修制度具有一定科学性的，并经过了大量的机组运行资料的积累，经过认真详细的分析和总结，根据机组运行发生故障的时间间隔来决定维护检修周期。一般说来，水轮发电机组的检修尽量安排在枯水季节进行，以损失机组的可利用小时数来把发电损失减少到最低，对电网而言，只要有足够的备用容量，部分机组检修是完全可以的。另一方面，定期维护检修因为时间安排充足，各种情况考虑较周全，能够对一些不易监测到的水轮发电机组缺陷进行处理，比如：气蚀磨损程度、机械联接螺栓断裂情况、流道水工建筑物的损坏情况等。而若在丰水期才发现这些缺陷再安排时间进行检修，将增大发电损失。因此，一般小故障和缺陷留待枯水季节机组定期检修时再处理，而在丰水季节尽量让机组满发多发电，少停机，实现更大的经济效益。定期维护检修使维护检修管理工作有计划有目标的进行，但在长期运行设备的损坏程度、检修及更换周期往往难以掌握控制。
3.水电站水轮机组运行设备的状态检修分析
所谓水轮发电机组的状态检修（或叫诊断检修），就是采用计算机监控系统对水轮发电机组的运行状况及参数进行全面记录、监视、检测、分析和预测。当发现设备运行出现异常情况时，合理科学地做出判断或诊断，并提供可靠的报告，以作为水轮发电机组检修的依据，此时对水轮发电机组进行有针对性的检修，以保证机组运行的安全稳定。只要计算机的所有传感元件可靠，所检测到的数据是真实的，在重要部位配置双重化的自动化传感元件，即使某一自动化传感元件出现故障，计算机监控专家系统也能进行准确的判断处理，且不影响机组的安全运行。
要实现对水轮发电机组的状态检测和检修，需事先确定一个标准，当设备状态的变化达到或超过这个标准时，就确定对该设备进行检修。严格讲，需要对每个设备及每个设备的每项参数或指标都加以标准化规定。机械振动评价标准就是判断机组振动水平和是否需要检修的标准，判断标准有两种情况：一是设备的综合指标。单项指标是表示设备状态的基础，需要逐一制定，单项指标超过标准限值也需要检修；综合指标既指一项设备或部件的多种指标，也指一台复合设备的多项指标，例如机组的振动、空蚀、轴承等。二是设备的单项指标，到底什么指标决定检修或决定检修的规模，需视具体情况而定。
在对引起状态变化的原因、机理和影响因素已有正确的认识和判断时，可采用自动检修的方式进行，即由状态诊断专家进行系统的分析确定是否需要检修，但使用自动方式必须要有完善及完整的状态诊断专家系统，否则，只能由工程师根据监控系统提供的数据确定是否检修，及检修内容和检修工艺，这也是目前各水电站广泛采用的方法，也可根据状态诊断方式的不同，进行分阶段实施，即，先进行人工方式的状态诊断，同时为自动方式的状态诊断积累经验和数据；在各方面的技术成熟时，再实现自动方式的状态诊断。
水轮机发电组巡检试验如表1、表2所示。
通过以上可知，状态检修在国内水电系统现仍处在起步阶段，还不成熟、缺少经验，还有很多研究性的工作要做，对此我们要有清醒的认识。定期检修已执行了很多年，要实现水轮发电机组的状态检修也是有风险的，如果执行状态检修不如想象中那样，可能会产生很多意想不到的后果。安全第一，是保证经济效益的前提，因此对状态检修要有一个严格的标准，能给水电站机组的安全运行提供保证，否则，状态检修就会失去意义。
4.小结
大型水轮发电机是水电站的主设备之一，它能否安全、可靠地运行，将直接影响水电站乃至电力系统的安全运行，影响水电站和电力系统能否不间断地对电力用户供电，大型水轮发电机的单机容量一般不超过6MW，目前已逐步扩大到8～12MW。为此我们必须做好大型水轮发电机组保护维护分析，才能确保大型水电站水轮发电机组高效稳定安全运行。
参考文献
[1]胡美招.棉花滩水电厂发变组保护的装置改造[A].福建省科学技术协会第八届学术年会分会场——提高水电站水库调度技术 推进海西经济建设研讨会论文集[C].2008.
[2]戴建民，何其伟，潘仁秋，陈俊.特大型水电机组发变组保护配置方案的探讨[A].中国水力发电工程学会继电保护专业委员会2009年年会——暨学术研讨会学术论文集[C].2009.
[3]丁健.淮北电厂8号机发变组保护双重化设计探讨[A].2006中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C].2006.
[4]吴红斌，丁明，黄凯，李生虎.交直流系统暂态仿真中换流器的改进准稳态模型[A].安徽省电机工程学会优秀学术论文集（2002-2003）[C].2005.
[5]杨琴，管霖，王同文.等值机模型的选择对动态等值性能的影响研究[A].中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C].2008.
[6]王蕾，周云海，李玉军，胡翔勇.电力系统暂态稳定的两种仿真算法分析[A].04’中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C].2004.
[7]韩祯祥，徐政.直流输电中的多馈入问题[A].加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（上册）[C].2002.