水电站机组振动和摆度原因分析及处理方法

王世龙

【摘要】目前，随着社会经济不断发展，人们对生产用电的数量及用电质量的要求也在日益提升，使得近年来电力行业有了突飞猛进的发展。在电力行业迅猛发展的同时，也暴露出不少问题，其中水电站机组振动和摆度异常的问题，最为突出，不仅威胁着设备的正常使用，同时还威胁着使用人员的生命安全。因此，需要对水电站机组振动和摆度异常的原因进行深入研究。本文重点分析了水电站机组振动和摆度原因，并提出了与之相应的处理方法。

【关键词】水电站；振动；摆度；不平衡力

振动和摆度的异常对整个水电站机组运行有着十分严重的危害，不仅会降低整个机组的工作效率，影响整个水电站机组的安全运行。同时还会损坏机组的相关部件，致使安全事故的發生。由于水电站机组的振动和摆度是不能完全避免的，因此如何更好的解决电站机组振动和摆度偏大的故障是当前势在必行的。

一、概述

某水电站3号机组自从投产发电后不久，就出现了上机架振动及下导摆度过大的现象，有关安装单位对此进行了多次试验配重，机组振动、摆度情况有较大的好转，但是依旧存在机组加励磁后产生强烈振动及摆度的状况。其中，上机架振动高达0.13mm，下导摆度最大值也高达0.95mm，严重威胁了整个水电机组的安全稳定运行。因此，对其进行及时的处理是刻不容缓的。

二、摆度及振动过大产生的原因

（一）转子磁极励磁电流产生不平衡力的影响

当机组加励磁产生强大电流时，其机组的振动、摆度就会出现明显的增大，这就表示有励磁电流的磁极会有非常大的不平衡磁拉力，进而加励磁电流使其机端电压逐渐升至额定电压，机组的下导摆度增大到0.95mm，上机架振动增大1倍（0.13 mm）。其机组存在这种现象的主要原因可能是：其一、气隙不均匀，磁极出现大范围的偏心（如图一）。其二、磁极小部分线圈匝间短路，导致出现阻抗值不平衡的现。在机组的大修中进行一次直流电阻的测量和两次交流阻抗的测量，通过检测并没有发现机组中存在电气磁极问题，因而可进一步排除电气磁极线圈的原因。

通过多次的测量转子磁极圆度，可以发现其转子圆度最大值为0.69 mm，最小值为0.53mm，发电机空气间隙小于±3%×23 mm，能达到国家所规定的水电发电机空气间隙值（±5%）的标准。由此我们可以发现此转子不圆度并没有造成不平衡磁拉力。根据圆度的偏差来分析，负偏差和正偏差相对集中在一侧，虽然相关制造厂的图纸和国家标准并没有明确规定和具体要求，但不可否认的是其机组大幅度的振动就是在加励磁后所产生的。因此，只能用特殊的方式来处理3号机组转系磁极圆度问题。

机组轴线、中线、水平、间隙、受力等多种因素的影响

机组所产生的振动和摆动，与机组转动部分的轴线质量优劣有着最直接的关系。机组转动部分的轴线问题主要表现在以下三点：第一、轴线与镜板是否垂直。第二、旋转中心是否同轴线重合。第三、导轴领是否同一直轴线。机组的稳定运行与镜版的不水平值有着直接联系，工作人员在进行大修的时候，发现机组镜板自由状态下的水平值不低于0.1mm/m，机组倾斜通常是因为镜版不水平，为了让机组中心达到标准值，在安装过程当中往往是会强行的将推力镜版摆成水平。导致推力轴承憋劲及上导、下导轴承受力，经过长时间的运行，必定会损坏有关的轴承。

导轴承质量问题

造成其下导摆度与上机架振动增大主要原因，并非是下导轴承所引起的。出现下导轴承松动和导瓦间隙增大，是因为其转动部分所产生的不平衡力所致，同时下导摆度受导瓦间隙增大而增大，逐渐形成恶性循环。使其下导瓦最终起不了支撑作用。大修时发现，铬钢柱已将下导瓦背面凹形垫块冲坏。通过机组盘车测量轴线可以看出上导轴承圆度欠佳，成椭圆形，直径大小差达0.08mm。机组不稳定运行主要是受上导轴承圆度差的影响。

水轮机大轴法兰与上端轴法兰结合不紧

从上端轴开始到水轮机转轮，宏观上整个轴线应为刚性轴，但微观上具有一定的柔度。通过大修发现水轮机大轴法兰及上端轴法兰联接螺栓不紧，整根轴线的柔性增大了。当下导轴承应有的支撑失去后，在外力作用下出现下导轴颈处摆度幅度过大。若整轴的刚性较好，就不会出现下导摆度过于偏大。

机组振动与摆度大的处理方法

（一）机组轴线处理

影响整个机组稳定运行的好坏，取决于机组轴线的质量好坏。所以我们在处理过程中要十分的谨慎。经过全面盘车检查，掌握基本原始资料后，方可进行拆卸处理。结合大修所掌握的情况和原始盘车的计算结果可以看出：机组轴线的偏差原本就存在，原上端轴与法兰面相联结，并添加一条厚度不超过0.03mm的薄垫片。此外，尺寸偏差较大的还有上端轴止口，其图纸是0.03mm-0.07mm的设计要求，但实际存在约0.16mm的配合间隙，严重影响上端轴回装的定位。

对盘车轴线测量主要是在中心调整、水平、受力调整合格后进行的。通过对盘车的计算，以发现所测量上端轴回装定位是否有误差，偏差值可根据对盘车计算，并调整上端轴定位，确保偏差不超过0.04mm，使其三导同轴的目标得以实现。盘车相关指标也满足GB8564-2003国家标准。此外，上导轴领圆度较差可以通过盘车计算分析得出。为此，再次盘车又将百分表安装在各导轴承4个对称方向，进而准确的测出上导轴领圆度约0. 08 mm的直径差，这给机组正常运行留下隐患。

（二）综合处理机组受力、水平、中心及间隙

涉及原始机组受力和水平等问题，安装单位在做资料移交时描述是：“当调整过程中，镜板水平与受力相冲突，多次进行均无法满足其要求……”在检修过程中发现原有镜板在自由状态的水平值大于0.1mm/m。

正确解决问题的方法是：在对弹性油箱进行压缩值做精确调整前，必须先将镜板水平做粗略调整。当镜板处于自由受力状态时，控制弹性油箱压缩差值不超出0.20mm。通过对镜板水平再次测量，立体投影换算应当参考其水平值方位和大小，进而求得每一推力抗重螺栓的调整量。由此得出，这样不仅能调整好镜板水平，同时还能让弹性油箱压缩值合格得到保障。

此次大修在机组转动充分且自由的状态下进行调整的。中心合格后，再调整各导瓦间隙时就显得尤为重要。为了保障导瓦面根据实际圆度面做均匀分布，及三导轴承同心，可设定水导瓦各单边间隙为0.21mm，下导瓦各单边间隙为0.15mm。其上导间隙主要是从轴线偏差值和轴领圆度值进行综合考虑的。

（三）处理转子静不平衡力

通过机组运转来检查和处理转子静、动不平衡力，也就是试验配重问题。

轴线和转子重心是否存在较大偏差及静不平衡，可通过大修检查手段进行分析。当在转子重量与转子中心相对分布均匀的前提下，转子中心与轴线的重合得到了保障，同时也就保证了转子的轴线与重心重合，使其静平衡得到有效的保障。

针对该机组，传统的轴线处理方式，并不能有效的解決轴线和转子中心无法重合的问题，其主要是根据上下法兰止口中心与平行来决定转子轴线的，由于转子上法兰止口的基准已被损坏，转子中心也不能由上止口中心所代表。因此，由下端轴轴线决定了上端轴位置。

如轴线与转子中心偏差没有超过允许范围，就不用调整磁轭中心及重新打磁轭键。由转子测圆情况和机组变转速试验判断，3号机转子静不平衡力较小。只能在机组运转后处理动不平衡的问题，无需从轴线与转子重心的重合问题上再做考虑。

（四）下导轴承综合处理

结合机组中心、水平、受力调整及轴线摆度的情况，合理调整好下导间隙，检查下导轴承，支承座必须牢固，支柱螺栓背帽必须打紧。3号机组下导瓦面小、承担力小、瓦数量少，建议改为与上导相同的结构方式。

（五）各段轴法兰联接螺栓均匀拧紧

根据螺栓有效长度和联接螺栓额定应力，很容易计算出联接螺栓额定伸长值。利用液压拧紧工具，能较好地控制每个螺栓的拧紧力，并做到每个联接螺栓均匀拧紧。

结语：

由此可见，如果水电站机组异常振动，不仅会损坏设备，造成人员伤亡，还会严重阻碍电力企业可持续的健康发展，所以，深入研究水电站机组水电站机组振动和摆度的异常具有至关重要的意义。

参看文献；

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