水力发电机组运行稳定性监测与故障探究

冯铁成

（国家电网公司刘家峡水电厂，甘肃 临夏731600）

0 引言

近些年来，随着水力发电厂建设步伐的不断加快，大量新建水力发电机组纷纷投入运行。但是，应当注意的是，由于水电厂相关设备在制造、安装、调试以及验收等等多个方面均存在着不少问题，因而导致许多机组运行过程中的稳定性相对较差，振动的摆度也严重超标，对于机组的轴系、主轴以及驾机等均造成了机械损伤，对于机组运行过程的安全性带来了严重影响。因此，本文针对水力发电机运行稳定性的监测以及振动等故障的分析和处理进行了探讨。

1 水力发电机组运行稳定性的监测

通过对水力发电机组的运行稳定性进行监测，能够及时掌握不稳定区域的危险运行工况，并能够有效避免危险点的运行，以便有效延长机组的使用寿命，同时还可以针对大修及小修后机组运行状态进行及时掌握，以便全面有效地了解检修的效果，从而为机组的状态检修奠定基础。目前，有关水力发电机组运行稳定性的监测系统已经得到了较为成熟的发展和应用，其主要由传感器测点、预处理及信号采集单元、上位机服务器等3个方面构成。

1．1 传感器测点的相关布置

水力发电机组运行稳定性常会受到机械、电气以及水力等多方面因素的影响，因而系统通常会进行6路摆度测点、1路抬机量、12路振动测点以及7路压力脉动的设计。此外，还会进行有功及无功功率、励磁及出口开关测点的设置。通过此类传感器测点能够以机组运行情况及事故原因为依据，进行合理分析并作出判断。

1．2 预处理及信号采集单元

此单元主要由传感器的电源箱、预处理及信号采集单元、键盘、鼠标、液晶显示器、逆变电源、共享器以及集线器等构成。此部分在系统中具有承上启下的功能，其采用双工业级主板，自身就是2套计算机系统，其中，信号采集的单元主要负责对各路模拟量、开关量以及键相等信号进行采集，并以系统的具体要求为依据，对各信号进行相应的放大、滤波以及AD转换等过程，使得系统进行在线记录，并将所采集信号传输至预处理单元。对于预处理单元而言，其主要负责对系统所采集及传输的数据进行有效分解，进而对系统分析需要的各信号特征值进行提取，例如信号的振幅、频率以及相位，转频及随机信号等等，而后以机组运行过程的不同状态为依据将数据进行归类和整理，从而得到机组不同运行情况下不同测点运行的趋势情况，作为整个系统的监测、分析以及故障的诊断过程数据的来源，并借助于网络将数据传至服务器中。

1．3 上位机服务器

此部分是整个系统的中枢部分，在系统中发挥着核心作用，其功能如下：

（1）对信号以及趋势进行分析，不仅可以向用户提供通用及专有分析工具，还能够从多种角度进行系统运行情况以及各倍频的信号的灵活分析，并对机组长期运行之后自身的状态情况等进行数据检索，并以所得数据信息对不同时期机组的趋势变化进行判断。另外，系统能够调用多种分析手段来对机组趋势与故障情况进行巡检，以便达到早期预警的目的。

（2）在水电厂出现故障即重大危险隐患时，可通过网络传输联系专家进行及时咨询和维护，确保机组运行的安全性。

1．4 选择环境参量

由于水力发电机组振动情况常会受到机组工况的影响，因而其振动分析过程均需对机组即时运行状态进行充分的考虑。因此，系统引入了有功功率、接力器行程、无功功率、出口开关以及励磁开关等环境参量。

2 水力发电机组的振动故障及处理

通常而言，机组振动可以在较宽频率范围以内发生，而振源多数来自电磁、水力以及机械等有关方面。除了需对机组自身旋转及固定等部分的振动进行考虑以外，还需对流体动水压力而导致的引水系统、过流部件以及电磁力对机组振动等所产生的影响进行考虑。以下就导致水力发电机组产生振动的主要原因进行分析。

2．1 水力发电机组振动故障的原因分析

水力发电机组除了受到转子转动的影响而产生振动以外，流体对涡轮产生冲击及电磁力也会导致整个机组产生振动。

（1）机械振动是所有振动故障中最为常见一种类型，引起此方面的故障主要是由于转子的质量未处于平衡状态、机组的轴线不正、导轴承自身缺陷以及摩擦等多种原因所致。其中，转子质量未平衡将会直接导致其重心同轴线间存在一定偏心矩，进而导致机组产生振动。而机组的轴线不正虽也会引起一定程度的振动，但通常不严重。

（2）水力振动也是较为常见的故障类型，引起此类振动的主要原因如下：水力未平衡、空气的汽蚀、卡门涡列等等。水力未平衡指的是转轮中的水流在失去轴对称的时候将会有不平衡径向力的产生，因而导致其不平衡。气蚀则是因空腔产生气蚀而导致振动，通常此情况垂直振幅会比较大。

（3）电磁振动主要是由于定、转子间隙不均匀，定、转子磁场的轴心未重合以及励磁绕组匝间出现短路等引起的。此类情况会导致定、转子之间的间隙磁通量不均匀，并造成机组产生振动故障。

2．2 振动故障的处理

实际判断振动原因时，应进行多方面多角度的分析和试验。以下就某水力发电机组为例对其振动故障进行分析和处理。此机组含上、下2个导轴承，运行某段时间后，上导轴承同上机架的振动情况较为严重，停机检查发现下导轴承固定螺钉断裂，而上导轴承的螺纹垫块固定也有严重裂纹的产生。进行故障的处理时应先检查机组各部件，例如机架松驰与否，导轴承缺陷与否、各连接处正常与否等等，并对止漏环、定转子等进行检查。此外，还需对机组振动的各个部件自有的频率进行分析，例如机架、转轮以及转轴等。

此外，采用振动故障检测试验对故障进行查找和分析，例如可进行振动试验来查找机组振动情况加剧的原因。可采用转速试验来对转子质量平衡性情况进行分析，试验时应将转速逐渐增大，若上机架的振动幅度也不断增大，说明转子质量并不平衡。此外，还有励磁电流试验、负荷试验等来对不同振动原因进行查找。

3 结语

综上所述，水力发电机组振动故障较为复杂，因此，必须对水力发电机组运行稳定性进行监测，并对各类振动故障进行分析和处理，以提高水力发电机组运行过程的稳定性。对此，水力发电机组的检测与维护人员要采取科学的稳定性与故障检测技术，明确划分检测与维护工作中的责任和义务，促进水力发电机组生产效率的不断提高，实现更高的经济效益和社会效益。

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