关于水电机组故障振动测试的分析研究

吴可君

（哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨 150040）

关于水电机组故障振动测试的分析研究

吴可君

（哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨 150040）

故障振动分析技术是确保水轮机组安全、平稳、高效运营的关键技术，在实际水轮机组运行中，如何进一步完善和发展水轮机组故障振动分析技术，对确保水电机组安全、平稳运行有着重要意义。分析水电机组的故障振动测试对于保障水电机组高效平稳运行，保证我国水利资源开发利用的效率，有着重要的作用。

水电机组 故障振动 振动测试 分析

1　水轮机组故障振动的危害分析

（1）诱发发电机组各连接部件松动，使各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏，如大轴剧烈摆动可使大轴与轴瓦摩擦加剧温升，烧毁轴瓦。

（2）发电机转子振动过大加剧滑环与电刷磨损，致使电刷产生火花并不断增大甚至导致发电机着火事故。

（3）尾水管中形成的过大涡流脉动压力导致尾水管壁产生裂纹甚至裂缝，严重时可能破坏整体尾水设施。

（4）引起机组金属结构和焊缝的疲劳破坏区的形成和扩大，从而产生裂纹，甚至断裂破坏、报废。

（5）若现场振源频率与发电机组某固有频率接近时，产生共振，诱发机组出力大幅度变化，可能导致机组从电力系统中解列，甚至使厂房及水工建筑物遭受损坏。

2　水轮机组故障振动的原理

2.1渐变性损耗

水轮机组在实际使用中，由于水质和当地水文条件等原因导致水流中携带大量泥沙，这些泥沙流经埋在水下的机组部件时，由于其日积的摩擦作用极易对水下部件造成磨损和腐蚀，磨损和腐蚀达到一定程度就会导致水电机组发生振动故障。

2.2机械故障导致振动

水轮机组由于设计和安装条件的复杂性，往往会出现机组部件设计安装不合理的现象。一旦这种现象发生，往往会导致机械磨损的发生产生振动。比如机组转子部分因不平衡、 弯曲或部件脱落等造成的振动；机组对中不良、法兰连接不紧或固定件松动；机组固定部分与旋转部分相碰摩；轴承间隙过大或推力轴承调整不良等原因而引起转子的不稳定运动。

2.3电磁力引起机组振动

电磁力引发机组振动是因为发电机部分电磁力变化，其主要是由于机械旋转性故障和发电机故障导致。由于发电机内器隙不均匀、发电机不对称工作等。发电机故障也是导致水轮机振动原因之一，一旦发电机内次级线圈匝间短路则会造成严重的电磁力变化从而导致水轮机组剧烈振动，不仅引起发电机转动部分振动，也将激起发电机定子及支承等固定部分振动。针对这些故障的处理要仔细核对分析找到根源，然后有针对性的进行处理。

3　水轮机组故障振动测试的方法

在对水轮机组故障振动进行检测时，常用的有变转速试验、变励磁试验、变负荷试验三种手段。这三种手段使用的主要分析仪器包括传感器、放大器、分析仪和显示记录设备。三种方法的目的是为了掌握机组运行时振动的基本规律，通过对振动规律的具体分析确定水轮机组故障振动的产生原因。分析仪器中传感器分为加速度传感器、位移传感器、速度传感器和力传感器等四类。放大器的使用是为了将传感器输出的电信号进一步放大并提供给分析仪器从而进行数据分析，显示器主要是指在实验和分析过程中所用到的计算机、电子示波器、数字式指示仪等。常用的记录设备有计算机、光线示波器、磁带记录仪等。运用这些仪器和手段我们可以采取以下几种方法对故障振动情况进行数据采集和分析。

3.1机械式仪表测振法

机械式仪表主要有装有笔式记录装置的测振仪、千分表、机械式示振仪，主要用来测量位移，适应于低频范围。

笔式记录测振法：通过装有笔式记录装置的测振仪测量机械振动的时间历程，经过比较分析测得振动的频率、周期、波形和相位。

千分表法：用桥式起重机吊一重物（此重物相对机组来说是相对静止的），将千分表固定在重物上，千分表的测杆触头紧紧顶住机组被测部位，测得振动的振幅。若找不到不受振动影响的静止固定点时，可采用千分表和重物等部件构建的惯性式机械测振仪，带有千分表的机械测振仪振动频率测量范围一般在12Hz以下。

3.2电测法测振法

电测法是利用应变片式测振传感器等传感器，将振动量转换成电量，通过放大器放大，由示波器予以记录，最后对数据进行处理。该方法灵敏度高，频率范围广，便于读数和分析，容易实现遥测和自动控制，应用较广，但是易受外界电磁场干扰，测量时必须采取屏蔽措施。

3.3光电法测振法

光电法是利用光电式传感器将被测量的振动转化为光信号，再利用光电效应转换成电信号进行测量。

4　水轮机组振动的预防

4.1强化水轮机设计，减少因机械原因产生故障振动的概率

（1）每一个可能引起质量不平衡的部件在设计时必须采取配重措施，提高发电机转子安装质量，尽可能减小转子不平衡质量。采用先进仪器和平衡配重软件，进行现场平衡试验，消除机组转动部件的质量不平衡。

（2）设计时采取措施防止因磁轭不均匀产生的径向位移。

（3）确保大型机组支承结构有足够的动、静刚度。

（4）确保制造、安装过程中定子、转子圆度和同心度要求。

（5）发电机定子采用分数组绕组时，进行次谐波振动、噪声分析及核算。

（6）优化分数槽定子的接线方式，尽量减小次谐波的量级。

（7）使定子机架固有频率尽量避开二倍极频。

（8）零部件的固有频率应主动避开现场振源频率。

（9）提高制造和安装质量，减小产品误差，减少振源。

4.2引进水轮机检测系统，加强对水轮机故障振动的监控力度

水轮机故障振动监测已经朝着自动化、精密化发展。无论国际国内水轮机故障检测诊断系统的运用已基本成熟，我们可以将故障检测和诊断系统引入日常生产，不仅能够有效避免意外事故的发生，还能为操作人员对机组检修和维护的及时性和准确性提供保证。水轮机在线检测系统进行设计和运用时，要在考虑场区工程特点的前提下针对电厂的运营特点进行合理性设计，在确保降低投资成本的前提下设计出有效的水轮机故障振动检测系统。

综上所述，通过对水轮机组故障振动测试的原因和方法进行分析，得出一系列行之有效的水轮机组故障振动测试和分析方法，针对这些方法在日常发电生产时要做到综合利用，合理整合成一套适合企业水轮机组故障振动测试办法，并且将办法切实的贯彻到日常的水轮机发电、保养和维护工作中。

［1］王玲花.水轮发电机组振动及分析［M］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［2］刘华庚.浅析水轮发电机组振动的原因及危害［J］.甘肃科技，2012，26（7）：65—66.

吴可君（1962—），男，1987年哈尔滨电工学院（夜大）工业电气自动化专业毕业，工程师，现哈尔滨大电机研究所水轮机室从事仪表、测试及自动化工作。