水力发电机组运行中振动的原因分析

周玉安

摘  要：水力发电现在已经成为主要发电方式，发电机组运行效率则是影响生产效率的主要因素。水利发电机组功率大，并且结构复杂，在运行时很容易受外界因素影响，其中振动为最常见问题。因此需要从技术角度分析，确定造成机组运行振动问题产生的原因，并有针对性的采取措施进行优化，最大程度上消除振动故障产生的影响。文章对水力发电机组振动危害进行了分析，并针对问题原因提出了相应的优化措施。

关键词：水力发电;机组;振动

中图分类号：TM769    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0064-01

为贯彻落实可持续发展原则，需要在现有基础上来加大对水电生产模式的研究，提高其生产效率。发电机组是影响水电生产效率的主要因素之一，其运行对技术性要求十分严格，在日常生产中必须要严格按照规范进行操作，减少各类问题产生的概率。尤其是最为常见的振动问题，应结合以往实践经验，从不同角度进行分析，确定振动问题产生的原因，并基于此来选择优化方案，争取提高机组运行稳定性与可靠性。

1  水电发电机组振动问题分析

我国水电项目建设日益完善，逐渐有更多新型设备与技术被应用其中，水电站水轮发电机组容量增大，相应的机组结构更为复杂，运行与管理也更为要求。为确保发电机组持续稳定运行，需要结合其结构特点对常见问题进行分析，其中振动作为常见问题，需要重点分析。如果机组振频率超出规定，将会产生较大危害，例如会导致机组各连接部件松动，加剧了转动部分与静止部分之间的摩擦，进而容易出现扫膛情况而损坏机器[1]。设备磨损程度加大，使得轴瓦温度升高容易被烧坏。并且，振动过大还会导致机组零部件金属与焊缝之间疲劳破坏区增大，降低设备运行机能。因此必须要及时采取措施进行控制，降低对发电机运行效率的而影响。

2  水力发电机组振动机械原因与处理措施分析

2.1  机械轴线因素

机械轴线不正或者对中不良会加剧发电机组振动加剧，降低其运行稳定性，在生产过程中比较常见，需要及时采取措施进行处理。发电机上端轴与转子中心体不同心、发电机轴与转子中心体不同心以及水轮机轴与发电机轴轴心不正等，均会导致机组出现振动问题[2]。要求加强对机组各机组部位的管理，在安装阶段需要严格按照专业规范来进行，确保所有细节均满足要求，提高设备选择与安装效率。

2.2  机组支撑因素

如果发电机组支撑结构静态刚度较低，这样在生产运行过程中很容易受外力影响而出现较大的变形。同样如果其动态刚度较低，在受到力矩或者不平衡力影响时，就会导致机组设备产生较大的振动。就我国水电建设生产现状来看，存在因为机座、负荷机架以及磁轭等部件刚度不足，导致机组固有频率过低而出现运行振动的问题[3]。并且当灯泡贯流式水轮发电机组支撑结构或者轴系刚度较低时，情况严重的甚至还会出现发电机转子扫膛事故，降低生产安全性。因此在面对此类问题时，必须要保证机组支撑结构具有足够的静、动态刚度，满足机组稳定运行要求，避免为降低投资成本而减小安全裕度。

2.3  转动部件因素

转动部件故障是影响水轮发电机运行稳定性的常见原因，其主要包括静态与动态两类。其中动态质量不平衡即发电机组在运行一段时间后，受各项因素影响各部件松动或者位移，造成机组旋转质量平衡性降低。在加上部分机组转速高并且转子较长，在运行过程中也会出现不平衡力偶问题。通过对此方面因素的分析，需要重点做好转动部件的选择与安装，保证各细节实施效率，并采取可靠措施来防止磁轭运行时产生的不均匀径向外移。另外，还可以选择用检测仪器与平衡重配置软件，对各部件进行现场平衡试验，对不平衡部位进行处理。

3  水力发电机组振动电气原因与处理措施分析

3.1  静态气息因素

对于水力发电机，在安装时如果定、转子不同心，或者发电机定子与转子不圆，在后期运行过程中很容易出现气隙不均匀问题。此类问题发生后会影响气隙磁场均匀性，在定子上产生相对静止单边磁拉力或者周期性交变磁拉力，并在转子上产生周期性交变性磁拉力，进而造成机组振动。想要消除此类因素影响，就需要采取措施来消除在静态气息不均匀问题，即机组安装与运行前需要准确测量发电机转子圆度，并利用垫片设置在磁极与磁轭间进行调整，同时还可以增加上机架径向支撑刚度，以及提高动态平衡精度。

3.2  动态气息因素

发电机转子磁极在运行过程中出现松动后，会造成动态气隙不均匀，最小气隙空间位置不断变化，进而引起机组运行振动。并且灯泡贯流式水轮发电机一般设计气隙较小，制造、运输、安装等会环节中也会造成气隙失圆、偏心不均以及气隙轴向成喇叭状等问题，进而会影响机组运行稳定性[4]。因此需要加强对机组部件设计、制作与安装等环节的管理，确保其可以满足水利发电机组实际生产需求。同时还需要编制合理管理方案，即对机组日常运行进行有效控制，做好检修工作，避免发电机转子磁极在运行过程中出现松动情况。

3.3  三相负荷因素

在实际水电生产过程中，发电机组经常会出现三相负荷不对称问题，即发电机定子单向接地或者两相短路时，便会出现三相负荷不对称问题。当负荷不平衡时，三相绕组会产生负序电流，产生负序旋转磁场。一旦负序磁场正对发电机纵轴时，较小气隙会增大转子间作用力;一旦一旦负序磁场正对发电机横轴时，较大气隙会减小转子间作用力。

因此负序磁场造成定转子间作用力忽大忽小，便会造成定子机座与转子出现振动问题。针对此种问题，需要设置发电机阻尼绕组来减小负序电流，在负序旋转磁场切割转子时，电阻中安装的漏电抗很小的阻尼绕组便可以产生较大感应电流，对负序磁场进行削弱，来减少产生的负序电流，避免出现振动问题。

4  水力发电机组振动水力原因与处理措施分析

4.1  水力不平衡

在造成发电机组振动的水力因素中，以水利不平衡影响最为明显，主要是因为液态水产生的力量稳定性差，其在不断变化的过程中，对水力发电机组运行产生的影响也就不同，存在平衡性差特点。

在不同季节、时段，水流速不同，其对发电机组产生的影响力不稳定，进而会导致机组转轮产生振动。针对此类问题需要对进水口进行处理，采取措施来控制进水流速，根据不同季节、时段水速变化特点，来设置管理方案，最大程度上来降低水力不平衡因素产生的影响。

4.2  尾水管涡带

当水轮机与最优工况相差较大时，即便会存在尾水管涡问题，一般情况下尾水管涡带工况范围较大，从相应水头下最优流量0.4～0.8倍内。尾水管涡会造成管内水压脉动，增大机组运行噪声、摆动与振动幅度，情况严重的甚至会造成水电站厂房共振。针对此类问题，在安装设备时，混流式转轮应选择负倾角翼型模式，以及最优化上冠与泄水锥形线。高水头混流式水轮机则可以选择用带副叶的转轮，同时应向涡带运行去进行轴中心自然补气处理。

5  结  语

以提高水力发电机组运行稳定性为目的，需要对常见振动问题进行分析，确定问题发生的原因，有的放矢选择解决措施。从技术角度出发，对不同影响原因进行分析研究，加强设备安装与运行管理，争取不断提高水电生产综合效率。

参考文献：

[1] 吴哲.水力发电机组轴系振动特性及其对厂房振动的影响[D].昆明：

昆明理工大学，2014.

[2] 张松松.小型混流式水轮发电机组振动试验与分析[D].邯郸：河北工   程大学，2014.

[3] 白庆民.浅谈水力发电机组运行中振动产生的原因[J].技术与市场，

2015，（7）.

[4] 王玉坤.水力发电机组运行中振动产生的原因分析[J].中国新技术   新产品，2009，（21）.