水轮发电机组运行中的振动分析

【摘要】水轮机发电机组运行的稳定是其工作性能的重要指标，但是高速运转的水轮机发电机组运行中的振动是不可避免的，如果振动幅度过大，就会对安全生产产生影响，甚至导致事故停机。本文主要结合笔者多年工作经验，分析了水轮发电机组运行中产生振动的原因和控制措施。

【关键词】水轮机；发电机组；振动；机械；电磁

引言

水轮发电机组作为一个弹性组合体，在旋转运行过程中，所受作用力无法作答绝对平衡，因而不可避免的会产生振動。但是如果水轮机发电在机组在运行过程中出现异常振动，就会导致机械连接件产生松动或者变形，导致一些零件或者部件出现疲劳、裂纹甚至是断裂现象，导致机组运行事故和供电质量，威胁机组的安全和稳定运行。

1、水轮发电机组运行中的振动原因

机组振动可以分为水力振动、电磁振动和机械振动三类。

1.1 产生水力振动的因素

（1）水力不平衡：当流入转轮的水流失去轴对称时，就出现一个不平衡的横向力，致使造成机组振动。其水力不平衡主要表现于导叶开度的不均匀，或者止漏环制造过程圆度不够以及安装时其间隙调整的不均匀。

（2）尾水管中水力不稳定：尾水管中水压不稳定，水压周期性变化，压力脉动作用于机组和基础上，就会引起机组振动、噪音和出力波动。

空腔汽蚀：空腔汽蚀会引起机组的顶盖和上机架出现剧烈的垂直振动。

导叶开度的不均匀及止漏环间隙的不均匀：进行测量判断。

空腔汽蚀：检查汽蚀现象，如果没有汽蚀，或者汽蚀轻微，则该机组振动不是水力因素引起的，或者说水力因素影响甚微。

1.2 电磁因素

振动的电磁因素是指振动中的干扰力来自发电机电气部分的电磁力。引起电磁振动的主要因素有：转子绕组短路，空气间隙不均匀等。

（1）转子绕组短路：当一个磁极的磁动势因短路而减小时，与其相对的磁极的磁动势没有变化，因而出现一个跟转子一起旋转的不平衡磁拉力，引起转子振动。

（2）空气间隙不均匀：当发电机转子不圆，或机组中心不正时，空气间隙就会不均匀，从而产生单边的不平衡磁拉力，随着转子的旋转而引起空气间隙周期性变化，单边不平衡磁拉力沿着圆周作周期性移动，引起机组振动。

1.3机械因素

振动的机械因素是振动中干扰力来自机械部分的惯性力、摩擦力及其它力，引起振动的机械因素主要有：机组轴线不正、导轴承缺陷、转子质量不平衡等。

2、案例分析

2.1 某水电站2F机组开机试验情况

某电站开机时对机组进行了稳定性验收试验，试验使用德国申克公司一体化电涡流位移传感器及9200 型电涡流位移传感器18套、WT-3型微调装置18套、FTS2000 水力机组现场综合测试仪1套、自主研发的数据采集和水力机组振动分析系统1套，试验过程中先后配重34kg，有效的消除了机组的动不平衡。

2.2 试验结论

机组轴线调整不太理想，上导存在原始摆度约150μm，通过试验处理亦无法消除。在发电机转子上平面共加配重34kg 后，有效地消除了机组的动不平衡。机组磁力不平衡不明显。在目前运行水头下，机组无明显低频水力振动区。机组上、下导轴承存在二次间隙，运行一段时间后瓦隙扩大，经振动处理并重调瓦隙后机组运行稳定，各振动、摆度均在规程要求的优秀范围内。

2.3 电站投运后振动情况

电站机组用北京英华达公司研制生产的EN3800大型旋转机械振动监测故障诊断专家系统。运行人员对每天机组的运行情况进行了记录，2F机组在投运前半年机组振动稳定，但在投运半年后温度有明显的增大。具体数据如下：上导+X、上导+Y、上机架水平、上机架垂直、下导+Y、下导+X、下机架水平、定子水平、定子垂直、水导+Y 、水导+X 、顶盖垂直，下表1中每组导轴承去两点中最大值。

从趋势图1可以看出，黑河塘电站2F机组在运行半年后，上导、下导摆度明显增大，而从电站的负荷情况来看，进入7月以来电站来水量增大，进入汛期，长期在高负荷段运行，也是机组摆度增大的主要原因之一。2F机组在进入下半年高峰负荷后，摆度在机组的不同工况下变化也较大，在振荡区（40%～70%）内摆度较大。

2.4 振动原因分析

（1）水力方面因素：运行水头稳定，各种水力方面情况在前半年后半年无明显变化，水力方面对机组摆度增大影响不大。

（2）机械方面：黑河塘电站安装质量不甚理想，留下不少问题在开机试验时已给出轴线调整不太理想，上导存在原始摆度约150μm的结论，从数据可以看出，下导在运行半年后原始摆度也将比投产时有所增大。

（3）电磁方面的因素：发电机电气部分的电磁力对机组摆度影响较大，振动随励磁电流的增大而增大的现象比较明显。

2.5 对消除黑河塘电站2F机组振动较大的一些建议

（1）机组下导摆度缓慢爬升现象是因为转轴受热后刚度略有下降引起，还是下导瓦隙缓慢扩大所致，经试验分析认为后者的可能性更大一些，建议甲方根据现场监测系统积累运行数据以进一步进行分析从而找到对应处理措施。

（2）建议机组大修时调整好轴线以减小上导摆度，同时调整上导的瓦隙。

（3）建议机组尽量避免在振荡区运行；

（4）加强对机组不同工况下水机（包括大轴、顶盖等处）振动、摆度的监测，运行规程明确规定应定期监测、记录和分析的时间。应安装振动、摆度在线监测装置，设定报警值，并结合每年机组C 级以上检修对装置的准确性进行检查校对；运行中发现机组监测数据超过厂家规定值或技术规范要求时，应当立即采取相应措施。

3、结语

水轮发电机组运行时，必然会产生振动，减少水轮发电机组振动对提高机组安全稳定运行、延长机组使用寿命具有重要的作用。在掌握各种振动特征的基础上，针对机组的实际振动状态，用科学的方法，逐一排除疑点，缩小故障原因的范围，尽快得到正确的诊断结果，尽早处理，防止故障的进一步扩大，避免重大事故的出现，保障水轮机机组的安全、经济、稳定运行。

参考文献：

[1]刘华康；；浅析水轮发电机组振动的原因及危害[J]；甘肃科技；2010年07期.56-57

[2]周宴标；；小型水轮发电机组运行中的振动分析[J]；湖南水利水电；2007年03期.12-13

作者简介：李小义（1984-6）男，汉族，本科，贵州仁怀，助理工程师，主要从事：水电站运行维护管理。