水轮发电机组运行中的振动分析

摘要：水轮发电机组振动是水电站常常出现的普遍现象，主要存在设计、安装、运行等方面的原因，在水轮发电机组运行的过程中会出现不同程度的振动，如果振动的幅度超过规定标准的时候，就会影响水轮发电机组的正常运行。文章结合水轮发电机运行中存在的问题，对水轮发电机组运行中的振动的解决方法进行了分析。

关键词：水轮发电机组；机械振动；水电站；水力振动；电磁振动 文献标识码：A

中图分类号：TM612 文章编号：1009-2374（2015）33-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.038

1 水轮发电机组振动

1.1 概述

水轮发电机的振动和其他机械的振动在一定方面上是有不同之处的，而它们的相同之处都是利用本身的机器转动去引起振动，而且在水轮发电机组振动的时候需要考虑水轮过水流动的各个部分流动压力和各个部件的影响，机组是靠机械、电磁、流体三部分相互作用力的影响下进行正常的运动，比如：水流引起机组的振动的时候，发电机组的定子和转子之间会出现缝隙大等问题，这会导致定子之间和转子之间的空隙扩大导致机组转动部分的不平衡，如果转动部分之间发生变化，那么发电机的磁场和水流流场都会受到影响，最后使水轮发电机振动时出现一系列的问题，所以说水流流体、电气和机械是导致水轮发电机组振动的问题所在，如果只在这三者的关系上去研究水轮发电机组的振动是不够的，我们最好从机械、电气和水力这三大方面进行探讨研究，并和管理、检修人员进行讨论，最后能够找出方法去解决它。

1.2 水轮发电机组振动的类别

一些常规的振动在水轮发电机组运行过程中是无法避免的。在混流式的水轮中，尾水管涡带的压力和补平衡力是导致水轮发电机组振动的最主要的两个因素，不经常出现的振动方式有三种情况，主要是共振、自激振动和水体共振，任何部分的水体部分都有可能发生振动，在水轮发电机组振动时，最经常出现的一个问题是转子不平衡，这种问题的出现一般的根源就是在转动部分最为常见，主要包括电气、水力和机械的不平衡，而不平衡的频率和转速频率是一样的。

2 引起机械振动的主要因素及危害

在水轮发电机组运行中会出现机械振动，机械振动是由机组机械的摩擦力等其他力的干扰而引起的振动，主要由机组轴线不正、转子质量不平衡、导轴承缺陷等因素引起的机械振动。

2.1 转子质量不平衡

转子质量不平衡会导致转子轴心和重心产生偏心距，当主轴旋转的时候，转子质量会偏离重心，主轴会弯曲变形，主轴的变形量和振动的幅度有很大的关联且成正比例关系，在制造之前要对转子进行动平衡等试验，这样可以保证转子重量平衡，也可以消除振动的问题。

2.2 轴线不正

轴线不正会出现振动时的弓形旋转、增大离心惯性力两个问题，其中弓形旋转主要是指转轮几何中心和转子偏离旋转中心，会让振动的方向向着纵向或者横向的方向发展，这对导轴承和推力轴承有很大的影响作用，这两个因素都会使振动的幅度增大，在水轮发电机组运行的时候会出现导轴承的间隙特别大、使用寿命比较长等情况。另一种情况是推力轴承处会发生摆正等现象，为了防止这些情况对水轮发电机组运行时产生的影响，在安装时我们一定要对轴线进行检查并调整各轴承之间的间隙。

2.3 导轴承缺陷

在运行的过程中导轴承出现不平稳等不良状况时，会让弓状出现横向振动，使导轴承出现摩擦等症状，会使导轴承间隙过大、转轴振动过大，所以我们必须调整导轴的间隙，这样才会让支座的振动和转轴之间能够在规定的范围内振动。

2.4 水力振动

受到水轮机水力压力的影响而造成的水力振动，主要是由涡力、水力不平衡等因素造成的：

2.4.1 水力不平衡。水轮的振动是因为水流失去平衡而造成的，这主要是因为过流通道两边不对称，比如：涡壳的形状没有达到所规定的标准，那么导叶就不会均匀扩张，会导致轮船两边的压力不匀、在流道中有不明物质等问题。

2.4.2 尾水管中水力不稳定、不平衡。由于尾水管中的水压周期性不稳定导致尾水管的水力不稳定，压力脉动会使机组振动，同时会对尾水管造成威胁，如果圆周分量的旋流的分量达到一定的值时，会使尾水管发生周期性的变化、会引起管壁的振动、会影响水轮机组的正常运行。

2.4.3 涡列。当水流直接从流口流出时，会在流口周围发生涡列，让对叶相互攻击，在水头和开度时会发生涡列的振动，会使轮周围产生裂纹，所以在水力方面都会存在一个振动区，为了让机组正常运行，我们一定要及时找出方法去解决它。

2.4.4 电磁振动。电磁振动是发电机在运行时由于电磁力的干扰而引起的电磁振动。主要由于发电机的短路和发电机不对称的运行引起的情况：（1）发电机三相不对称运行会引起三相的电流不平衡，会产生一个正序和负序的旋转磁场，负序的旋转磁场在转子附近运行时，会根据间隙的大小和磁阻的大小会让转子和定子之间产生不同的作用力，会使力矩之间以两倍的频率去振动，最后使转子和定子之间振动；（2）发电机短路。发电机在工作时出现短路的状况会使转子受到定于绕组端部与铁芯之间的作用力，并给发电机部件带来危害。

3 水轮发电机组振动的处理方法

第一，面对这一系列问题，我国相关技术人员经过讨论和研究制定了一些措施，把机组中的机架清除掉，在此基础上浇混凝土，重新改正下机架中心，在进行混凝土养护的时候要准备好拆机的维修工作，我们需要在水轮机大轴法兰和发电机大轴法兰之间加一个0.35mm的缸筒进行盘车工作，这样才能达到对各个道轴承的摆度值。

第二，完成开机工作以后，我们要对各个设备进行测试，在带负电荷等正常情况下的振动参数要符合规定的要求，一般都在15MW左右，水轮发电机振动的双幅一般都为0.03。

第三，为了让该电站机组运行的稳定性更强，我们必须经过专业的工作人员对机组进行动平衡实验，为了避免机组转动的不平衡转动，我们一般在转子下面配23.8kg的重量。

第四，在对水轮机组发电机的振动处理的过程中，经过相关专业的专家讨论，首先对三网进行三相负荷的调整，这样出现三相电流的不平衡的频率会比较低，可以最大限度地降到850A左右的电流，如果机组的单相在850A左右时，其他一相的电流可能在620A左右，这对发电机系统的要求更近了一步，比如：该电机的负序分量和额定电流的比例最大值在12%，任何一相电流不能超过额定值是，该水轮机电可以长期地运行下去。

4 结语

水轮发电机组的振动受到人们对发电机的设计、安装等方面的影响，不同的电厂出现的机组振动情况是不一样的，并且水轮发电机组的振动过大会影响各个企业的经济损失，我们必须根据每台机组的特点进行认真的检修，遇到不同的水轮发电机振动的情况，我们要先优化运行参数，制定发电机组的运行曲线，然后采取适当的方法解决这些问题，让水轮发电机组能够安全地进行工作。

参考文献

[1] 冯顺田.水轮发电机组的振动分析与运行优化[J].水电自动化与大坝检测，2011，（10）.

[2] 王海.对水轮发电机组状态的检修[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3] 刘云.对发电机故障的处理和检修[M].北京：中国水力水电出版社，2012.

作者简介：刘强（1977-），男，江西九江人，国网江西省电力公司柘林水电厂水轮机检修工，技师。

（责任编辑：秦逊玉）