水轮发电机是水电站实现水能向电能转换的关键设备,其运行状态直接关系到电站的发电性能和经济效益。随着水电装机规模的不断扩大和设备运行年限的增加,水轮发电机运维管理面临着诸多新挑战。
一、水轮发电机运行与维护的重要意义
水轮发电机是将水能转换为电能的旋转电机,由定子和转子两大部分组成,配套有励磁、调速、轴封、润滑等多个辅助系统,结构复杂,对运行工况要求高。水轮发电机一旦发生故障,轻则影响机组出力和效率,重则威胁电站安全稳定运行。因此,加强水轮发电机运维管理,对于保障电站长周期安全经济运行具有重要意义[1]。
首先,规范的日常维护和定期检修是确保水轮发电机稳定运行的基本保障。通过定期巡检、清洁、润滑、紧固、测试等,及时发现和消除设备的潜在缺陷和隐患,保证其处于最佳工作状态,可有效降低故障率,延长设备使用寿命。以某大型水电站为例,通过优化水轮发电机检修策略,检修周期由6年延长至8年,年均检修费用降低12%,设备运行更加安全可靠。
其次,先进的状态监测与故障诊断技术的应用,可显著提升设备健康管理水平。传统的时间导向型检修模式,往往存在“维修”和“欠维修”的问题,而状态检修可做到“按需维修”,既降低检修成本,又减少检修期间的停机时间。同时,在线监测可实时掌握设备运行工况,及时预警异常,从而避免事故扩大[2]。
再者,精益化的运维管理,可显著提高水轮发电机效率。通过优化调度运行方式,使机组长期在高效区运行;针对设备特性,合理安排启停机次序,可在确保电网调峰需求的同时,减少磨损,降低能耗。
图1 水轮机水力发电站示意图
二、当前水轮发电机运行维护存在的主要问题
(一)运行管理模式陈旧落后
目前,不少水电企业的设备管理仍然沿袭计划经济时代的粗放式模式,管理手段单一,缺乏精细化和信息化管理理念。设备档案管理混乱,缺乏完整的全生命周期信息;备品备件管理效率低,难以满足检修需求;管理流程烦琐,审批手续复杂,运行维护效率不高。此外,不同专业间协调配合不足,设备状态信息共享不畅,管理效能发挥受限。
(二)维护手段和技术相对滞后
受制于观念和投入等因素,一些电站的检修仍以事后故障处理为主,预防性维修比例偏低。定期检修周期长、项目多、耗时久,严重影响发电能力。由于缺乏状态检修指导,设备隐患不能及时发现和消除,埋下安全隐患。此外,大修质量不高,返修率居高不下,也暴露出人员技能和工艺水平的短板。
(三)缺乏先进的状态监测诊断手段
水轮发电机虽然配备了一些常规的测温、测振等在线监测装置,但监测参数单一,难以全面反映设备状态。且多为离线式、间歇式监测,缺乏宏观实时的状态评估手段。特别是对于转子、励磁等关键部件,监测手段匮乏,故障预警和诊断能力不足。在海量监测数据的分析处理上,仍以人工判读为主,缺乏智能算法的支持,难以做到有效挖掘设备退化规律,准确预测设备剩余寿命,无法满足状态检修的要求。
三、优化水轮发电机运行维护的对策
(一)建立现代化设备运维管理体系
水电企业要树立现代化管理理念,打破传统的条块分割、经验式管理的桎梏,构建一体化、信息化、精益化的运维管理新模式。建立设备全生命周期管理制度,完善设备台账、运行记录、检修档案等基础数据库,实现信息互联共享。以精益管理为指引,优化业务流程,减少低效和冗余环节,实现管理扁平化、高效化。结合信息化手段,开发设备管理APP,使各项管理动作更加便捷高效。
(二)采用先进的在线监测诊断技术
随着传感器、物联网、大数据等技术的飞速发展,设备状态监测和故障诊断迎来了革命性变革。水电企业要顺应智能化发展大势,大力推广应用先进的状态监测诊断技术,实现设备管理由事后被动向事前主动的转变。要结合机组特点,科学配置各类传感器,实现温度、振动、位移、油液等关键参数的全面采集。运用光纤光栅、微机械陀螺等新型传感技术,攻克转子、励磁等关键部件的动态监测难题。在监测数据分析上,要充分利用机器学习算法,提取设备退化特征,构建设备剩余寿命预测模型,为状态检修提供决策支持。可考虑与科研院所合作,联合开展状态评价、风险预警等关键技术攻关,形成具有自主知识产权的智慧运维系统。
(三)加大维护保养和大修力度
设备维护保养是消除潜在隐患、延长使用寿命的重要手段,要树立“预防为主,防消结合”的检修理念,建立定期维护、定期保养、定期检查相结合的机制,做到及时发现问题、及时处理隐患。要优化检修计划,缩短检修工期,提高检修质量,最大限度减少对发电的影响。针对设备薄弱环节,制定针对性的维护措施。如加强定子绕组、励磁线圈的防潮防霉,提高绝缘水平;优化主轴密封结构,提高密封效果;定期补充和更换润滑油脂,降低摩擦磨损等。定期开展专项检查诊断,及时掌握设备健康状态,优化检修策略。要加强检修过程管控,规范检修流程,明确质量验收标准,实施全过程的工艺监督和质量把关。
表1 水轮发电机常见故障类型及处理措施
四、结语
水轮发电机是水电站安全生产的核心,其运行维护管理水平的高低,直接关系到电站的效益和声誉。当前,面对设备智能化、管理数字化的新趋势,水电企业必须与时俱进,以现代化管理理念为指引,以新兴技术应用为支撑,系统优化运维模式、手段、流程和机制,全面提升设备管理水平。
参考文献:
[1]李英梅.水电站水轮发电机组运行及维护管理[J].大众文摘,2023(13):0121-0123.
[2]王飞龙.水电站水轮发电机的运行与维护方式研究[J].电子乐园,2020(12):0174-0174.