水电站设备故障诊断与预防性检修策略研究

水电站作为电力事业的重要组成部分，其设备的稳定运行直接关系到电力的正常供应。由于受环境、操作和维修等多种因素的影响，水电站设备的故障频繁发生。这类事故的发生，直接关系到水电站的正常运营，并对其产生重大的社会影响及经济损失。因此，加强水电设备的故障诊断及预防性检修技术的研究，是提高水电设备安全可靠的关键。

一、水电站设备概述

（一）概述

水电站设备系统是一个复杂而庞大的体系，各设备之间相互配合、协同工作，才能保证水电站的正常运行和高效发电。水电站设备的工作原理基于水能的转化，水流通过引水道进入水轮机，推动水轮旋转，带动发电机转动，产生电能。水流量与水轮机转速之间存在密切关系，水轮机的运转效率与水流的大小、速度直接相关。水电站运行过程中，设备需要保持高效稳定状态，确保发电效率最大化。水电站的运行特点是依赖自然水资源，其发电能力受到水流量、气候变化及季节性差异的影响。

（二）水电站主要设备

1. 水库与引水系统

水库是水电站的基础设施，用于储存雨水或河水。引水系统则负责将水库中的水引入到水轮机中，以驱动发电机发电。

2. 水轮机

水轮机是水电站的核心设备之一，其作用是将水的动能转化为机械能。根据不同的工作原理，水轮机可分为多种类型，如混流式、轴流式等。

3. 发电机

发电机是水电站的动力转换设备，它将水轮机的机械能转化为电能。发电机的核心部分是转子和定子，通过电磁感应原理实现能量的转换。

4. 调速系统

调速系统用于控制水轮机的转速，以保证发电机输出的电能稳定。当水流量或水头发生变化时，调速系统能够迅速调整水轮机的转速，保持发电机输出的电能稳定。

5. 控制系统

控制系统是水电站的“大脑”，负责监控和控制系统设备的运行状态。通过控制系统，可以实现对水电站的远程监控和自动化控制。

6. 电气设备与输电线路

电气设备包括变压器、开关站等，它们负责将发电机输出的电能进行变换、传输和分配。输电线路则负责将电能输送到电力系统中，供用户使用。

二、故障诊断技术应用

（一）振动分析诊断

振动分析是水电站设备故障诊断中最为常用和有效的技术之一，通过测量和分析设备的振动信号可以准确地评估设备的健康状态，如轴承故障、转子不平衡、不对中等故障均可在振动谱中呈现出特征频段，因此，如何有效地检测和预防故障成为亟待解决的关键科学问题。采集装置的振动信号一般采用加速度传感器、速度传感器或位移传感器，要根据测点的布设情况以及故障类型来选择适当的传感器种类及安装地点，在获取振动信号时，要注意采样频率、数据长度以及信号同步等方面的问题，保证数据的准确可靠，在获取振动信号之后，还要对其进行去除趋势项、滤波等预处理工作，以去除噪音和扰动，通常的振动信号分析方法有时域分析、频域分析和时频分析，其中时域分析包括波形图分析，均方根值、峰值、波形系数等，并对其进行趋势分析，在频域分析中，通过对时间域信号进行傅立叶变换，获得频谱图谱，并依据这些频谱分量的大小和位置，实现对轴承内部、外圈和滚动体的特征频率的识别，以及转子不平衡状态下转矩幅度的增加。

（二）油液分析诊断

在水电站设备的故障诊断中，油液分析诊断是又一种重要的方法。通过对设备中的润滑油、液压油等油液的取样与分析，能够对设备内部存在的磨损、污染、润滑油的劣化等问题进行及时探测并预防，物理化学性质检测包括运动粘度、水分含量、酸值、闪点等指标的测试，以此来评价润滑油的老化及污染状况，如果润滑油出现了粘度增加、酸值增加、水分超标等现象，则表示机油已经变质或被污染，磨粒分析是指利用显微镜观察、光谱分析等手段，对润滑油中的磨粒进行定性和定量分析，测定润滑油中的磨粒的组成、尺寸、形态、数量等，从而反映出设备的磨损状态，如齿轮、轴承等零件的非正常磨损，会生成大量的金属磨粒，通过对磨粒的分析，可以判定磨损的位置、程度及发展方向，从而为设备维护提供参考。

三、预防性检修策略研究

（一）基于状态的预防性检修

基于状态的预防性检修是一种先进的维护策略，它通过对设备的运行状态进行实时监测和分析，及时发现设备性能的退化和故障征兆，从而在设备发生严重故障之前采取预防性检修措施。综合运用振动监测、油液监测和温度监测等多种在线监测手段，来获得设备的运行状况，利用数据分析与故障诊断方法，对设备的健康状况及剩余寿命进行评价，当设备的性能指数超出了正常值或者有恶化的迹象时，它就会自动产生报警和维修意见，提醒维修人员及时进行检修，从而实现对设备的有效使用，防止无谓的停工和维修，从而提升设备的可靠性与可用性。该策略还可以优化备件管理和资源配置，根据设备的实际状态来安排维护任务和备件采购，降低维护成本，实施基于状态的预防性检修需要建立完善的状态监测系统和数据管理平台，选择合适的监测参数和诊断模型，制定科学的维护决策流程，还需要加强维护人员的技能培训和知识更新，提高其故障诊断和维护决策的能力，通过持续优化和完善基于状态的预防性检修可以成为水电站设备管理的重要手段，提升设备的整体运行效率和可靠性。

（二）可靠性中心维护（RCM）

可靠性中心维护（RCM）是一种系统化的维护策略，它以设备的可靠性为中心，通过对设备的功能、故障模式和影响进行全面分析制定最佳的预防性检修方案，RCM 的核心思想是依据设备的重要程度、故障后果及故障特点，制定相应的维修任务与维修周期，在确保设备可靠的前提下，避免因维修而造成的资源浪费。

RCM 分析过程包括以下几个步骤：定义设备的功能和性能标准，明确设备在系统中的作用和要求；识别设备的故障模式，分析各种故障的原因、影响和后果；然后，评估每种故障模式的风险等级，确定关键的故障模式；接着，制定针对关键故障模式的维护任务如定期检查、状态监测、预防性更换等；RCM注重以可靠性为目的、以失效预防为手段，通过对维修计划的合理运用来提升设备的可用性与安全性，采用 RCM 方法可缩短非预期停机时间，延长设备服役寿命，减少全生命周期费用，然而，其实现也需相应的资源投入与数据支撑，需对设备进行全方位的可靠性分析与故障统计，并构建完备的维修知识库与决策支撑体系，从而在实践中，应针对电站的特殊情况与经营要求，选取适合的维修模式与实施路径，逐步推动其推广与优化。

结论：水电站设备故障诊断和预防性检修是确保电力生产安全稳定的关键，通过对常见故障问题的分析应用先进的诊断技术和维护策略，可以有效提高设备可靠性，减少故障发生，然而水电站设备管理仍面临诸多挑战，需要不断创新和完善，未来研究应进一步探索智能化诊断和预测性维护技术，优化维护决策，实现设备全生命周期管理，只有不断地进行故障诊断与预防维修技术的研发和应用，才能保证水电厂的长期、稳定运行。

参考文献：

[1] 董德辉 . 水电站电气设备运行维护及故障检修处理研究 [J]. 中国设备工程 ,2025(6):70-72.

[2] 代洋 . 水电站检修中的故障诊断与修复技术创新 [J]. 中文科技期刊数据库 ( 文摘版 ) 工程技术 ,2025(4):019-022.

[3] 刘建飞 . 机电设备故障诊断与预防性检修策略 [J]. 中文科技期刊数据库 ( 引文版 ) 工程技术 ,2025(3):107-110.