水电机组振动故障诊断研究

李艳林

(贵州黔源电力股份有限公司,贵州遵义 563000)

水电机组振动故障诊断研究

李艳林

(贵州黔源电力股份有限公司,贵州遵义 563000)

随着水力资源不断的开发利用,水电在电力系统中所占的比例也越来越高,水电机组运行的安全性关系到水电企业的经济效益和安全性能,电机组的事故,通常都会造成严重的经济损失和人身伤亡。本文简要介绍了水电机组故障产生的原因及其主要特征;给出了水电机组故障判别和试验方法;简要介绍了水电机组振动监测技术。通过水电机组故障诊断技术的运用,为实时的掌握机组的运行状态提供了技术支持,能够有利于降低机组的事故率,减少经济损失。

水电机组 故障诊断 振动 监测技术

水电机组振动故障的诊断研究对水电机组的安全经济运行具有重要的现实意义。通过对水电机组运行状态的检测，可以实现对机组的实时运行数据进行检测，第一时间发现问题，排除事故隐患，同时能够方便对事故数据进行储存和整理，便于分析，故障诊断的原理如图1所示。水电机组属于大型、复杂型设备，设备一旦出故障，分析起来十分的复杂，而且机组一旦停备会造成巨大的经济损失，所以，为了保证机组的正常运行，对水电机组的检测和诊断时必不可少的。

1 水电机组振动故障的原因及主要特征

引起水电机组振动的原因可以规为三类，包括机械原因，水力原因和电磁原因，故可以按原因的分类将机组的振动分为三类。

(1)机械振动。为了保证水轮发电机组旋转部件的稳定性，机组的旋转部件和支承结构按轴对称结构布置。当机组的旋转部件偏离轴对称性时，就会导致机组运行的不稳定，从而产生不同形式的震动。这种振动现象即称为机械振动。机械故障引发的振动形式具有显著的特点。振动频率一般为转频或者转频的倍数，所产生的不平衡力一般为径向的水平方向。

(2)电气振动。电气振动的产生原因包括两个方面，一是发电机转动部分因受不平衡力的作用产生振动。当定子内腔和转子外圆之间气隙不均匀时，定子和转子之间会产生不均匀的磁性拉力，磁性拉力会对转子和定子形成转频激扰力。令外当转子动静不平衡，转子和定子之间不均匀的空气间隙所引起的作用力，同样会引起机组转动部分的振动。二是发电机定子的振动，其原因可以分为以下几种：发电机定子绕组分数槽引起；发电机定子的组合缝；定子的铁心松动；发电机定子、转子之间的空气间隙不对称以及定子绕组不对称；定子绕组固定不良；负序电流。

(3)水力振动。造成水力振动的原因有：尾部管内的低频涡带；尾水管接近转频的脉动；水轮机水封间隙不等产生的水力不平衡；涡壳、导水叶和转轮水流不均匀引起的振动；压力管道中的水力振动。

2 水电机组振动故障的判别与试验方法

水电机组的振动产生的原因很多，还有可能是多种因素的共同作用导致的，不同的因素间还有相互影响和相互制约的关系。可以说水电机组的振动是机械、水力和电气诸多方面振动的耦合。所以就需要一些方法来判断某种振动是由于什么原因所导致的。

2.1 由振动试验来判别振动产生的原因

振动试验中包含下面的试验方法：转速试验，如果改变转速对振幅变化不灵敏，则造成机组振动的原因可能是轴线曲折，如果振幅随机组转速增高而呈平方倍加大，则产生的原因可能为转动部件动静不平衡；励磁试验，如果随着电流的增加振幅也增加，则造成振动的原因为磁拉力不平衡；负荷、调相试验，如果振幅和负荷呈正比关系且水轮机导轴承上振幅变化敏感于发电机上导轴承，则机组振动的原因为水力不平衡。

2.2 从振动部位判别振动原因

运行中的机组，当上机架的振动比较突出时，则振动原因一般见于推力轴承和上导轴承的缺陷，或者是机组轴线不垂直所导致；当转轮的线性和开口不均匀时，因为水力不平衡会造成机组的振动；当转轮叶片线性有问题时，叶片尾部会产生涡旋，同时尾部的压力脉动也会导致机组振动。

2.3 由振动频率识别振动原因

振动频率所造成的振动主要包括以下方面：如果振动的频率与机组转动的频率是相同的，则可以推测造成机组振动的主要原因为轴线曲折、水轮机迷宫间隙不均匀和导轴承间隙问题等；如果振动频率是发电机电流频率的2倍，则产生的原因可能是定子铁芯组合逢不严；如果振动的频率是发电机磁极对数与转速频率的乘积，则机组振动的原因为发电机空气间隙不均匀。

3 水电机组振动监测技术

水电机组振动监测的首要环节就是监测点的选择和布置，只有准确合理的选择和布置监测点才能保证所采集信号的真实性，以及进行故障诊断结果的可信度。选择监测点主要是根据机组的运行性能、规律以及设备的结构特点来进行。监测点要选择最具有代表性以及最能准确反映运行设备状态的点。测点的选择和布置要符合水电机组运行的四个特性，即水力特性、机械特性、设备特性和电气特性。

其次是对传感器进行选择，传感器作为监测系统中的重要部件，其可靠性和准确性关系到所测试数据的准确性和可靠性，选择传感器时要以水电机组的特点为依据，合理的选择。一般来讲，传感器的频响范围一般应控制在0-200KHz，传感器必须具有，安全稳定和长久耐用的特点，尽量选择性能好的传感器。

最后是对机组运行状态的信号进行采集、分析和处理。水电机组属于旋转机械设备，同时又有自己的固有特性。在系统信号分析中，不但包括通用机械信号分析功能，而且还具有机组独特信号的分析功能，比如发电机气逢、油膜厚度、温度趋势等。

4 结语

本文主要对水电机组的故障诊断技术进行了研究，简要介绍了水电机组故障的原因及其主要特征；给出了水电机组故障判别和试验方法；并简要介绍了水电机组振动监测技术。通过水电机组故障诊断技术的运用，为实时的掌握机组的运行状态提供了技术支持，能够有利于降低机组的事故率，减少经济损失。

[1]刘峰,杨晓萍,刘晓黎.基于神经网络的水轮发电机组振动故障诊断专机系统的研究.西安理工大学学报[J],2002,19(4):372-376.

[2]符向前,刘光临,蒋劲.BP神经网络在水轮发电机组状态检测与故障诊断系统中的应用.武汉大学学报[J],2002,35(1):24-28.

[3]杨晓萍,解建宝，等.水轮发电机组的事故停机分析与故障诊断专家系统的研究.西安理工大学学报[J],1998,14(2):201-204.

李艳林(1985—),男,贵州遵义,本科,主要从事水电站运行维护工作。