对水轮发电机组调试期间振动问题的分析

杜 宁，李采文

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

对水轮发电机组调试期间振动问题的分析

杜 宁，李采文

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

水轮发电机组自身运行的安全性与稳定性，对整个水电站的生产活动有着十分重要的影响。如何确保水轮发电机组的安全、稳定运行始终都是水电站重点研究的内容所在。而振动作为水轮机发电机组在运行过程中最为常见也最为主要的故障问题，如何采取合理的措施解决故障问题，亦成为进一步提高水轮发电机组运行效率与运行寿命的关键。

水轮发电机组；调试期间；振动问题

在一定程度上，水轮发电机组的振动与摆度这一动态评价指标直接代表了水轮发电机组的运行安全性与稳定性。而水轮发电机组运行的安全性与稳定性又直接影响着整个水电站的生产活动。所以，进一步确保水轮发电机组的安全、稳定运行，有效解决水轮发电机组在调试运行期间最为常见的振动故障问题具有十分重要的现实意义。笔者以某水电站的实际数据为例，对水电站水轮发电机组振动故障原因进行分析，提出相应的解决对策，以期为不断提高水轮发电机组的运行效率提供有益的帮助。

1 水轮发电机组调试期间振动故障的成因

通过不完全数据调查分析，我们可以清楚的看到振动故障是水轮发电机组调试期间最为常见，发生频率最高的一类故障问题，可以说该故障的出现会对水轮发电机组的安全、稳定运行造成巨大的影响。要想进一步确保水轮发电机组的安全、稳定运行就必须有效解决振动故障。因此，笔者就引发水轮发电机组调试期间出现振动故障问题的原因展开探讨，以期更好的找到解决对策，优化处理方案。

（1）因机械原因造成的振动故障问题。所谓的机械原因实质上就是指机组转动部分的质量出现不平衡，其具体表现为机组振幅会随着机组转速变化而相应的发生变化。用公式：Y=f（W）表示可知，W与Y成正比关系，W升高Y也会随着增大，反之亦然。此外，因机组轴承间隙较大，主轴过细，主轴刚度较低，水轮发电机组的紧固零部件松动，发电机组中心不对准等问题都会引发振动故障。

（2）因电磁原因造成的振动故障问题。水轮发电机的转动部分受到不平衡磁拉力影响，而发生机组振动故障问题。通常情况下，随着励磁电流的增大水轮发电机组的振动情况也会相应的增大，振动最为明显的位置为上机架。此外，如若没有固定好定子绕组，那么在较高的电气负荷与电磁负荷影响下，定子绕组与水轮机发电机组就会发生振动问题，且伴随着转速的不断加快，振动问题也越发明显。

（3）因水力原因造成的振动故障问题。当水轮发电机的进水流道如蜗壳中有不均匀流场，就会产生漩涡从而进入到转轮机之中，引发水轮发电机组的振动，且振动故障会随着发电机组运行工况的变化相应的发生变换，这种情况常见于高比速轴流式水轮发电机组。可以用公式：f=nZ2/60表示，公式中：Z2为转轮叶片数目；n为水轮发电机组转速。此外，因导叶不均匀而产生的水轮发电机组振动问题多发生在低比速水轮发电机组中，尤其是因为水轮机转轮与导叶所处位置较近，所以，导叶中的不均匀水速也会对转轮产生较大的影响。

2 水轮发电机调试期间振动故障的解决

以某个水电站的立轴混流式水轮发电机组为例，对其调试期间所发生的振动故障问题展开探讨，提出具体的解决对策。

立轴混流式水轮发电机组，型号：HLA743-LT-200。配以SF35-18/5070型发电机，额定转速：333.3 r/min。

在首次启动水轮发电机组的过程中，转速尚未到达250 r/min以前，机组的整体振动情况较好，各导轴承的摆度均小于100 μm且实际振动小于30 μm。但当转速到达250 r/min时，上机架X向的振动和下导摆度随着转速的不断升高，出现直线爬升现象，如表1所示。

表1 摆度、振动数据 单位：μm

通过对表1中的数据分析，可以清楚的看到，在定速的初期阶段，上导摆度和水导摆度都是比较小的，且振动状态也没有发生什么异常问题。而在定速过程中各轴承摆度均出现了一定程度的爬升，其中下导摆度的变化较为明显，已经逐渐爬升到了该机组下导摆度评价标准的225 μm，上机架X向的振动也已经远远超过了该机组振动评价标准的70 μm，且存在着继续爬升的现象。此外，该水轮发电机组还存在着水导摆度的同频幅度与工频幅度之间差值较大的振动异常现象，可以说这种情况不仅不利于水轮发电机组的正常运行，也给水轮发电机组的安全稳定运行带来了巨大的隐患。

通过对频谱的分析可以清楚的知道，以工频分量为主体的上导摆度和下导摆度，相应的其他频率分量是十分小的，所以也进一步证明了该水轮发电机组发生了普通的强迫振动，同时结合安装水轮发电机组的相应资料可以看到，各导轴承的间隙也都控制在厂家规定的出厂标准之内，因此轴承间隙不合理，发电机上导轴承与下导轴承之间失去稳定，轴瓦的劲力不足这几个影响因素可以被切实排除在外。而当水轮发电机组的转速低于100 r/mim时，因为各导轴承的摆度均在50 μm以内，也进一步排除了由于水轮发电机组轴系不正而引发振动问题的可能性。所以，结合水轮发电机组的振动问题实际发生在安装调试这一时间之内，判断引发振动故障的主要原因，是因为水轮发电机转子质量不平衡。

针对引发振动故障的实际情况，要想在有限的调试时间之内切实完成对振动故障问题的排除工作，可以采取以下两种方案予以解决，即在施工现场对发电机转子实施动平衡处理，对导油盆的密封间隙进行放大。首先，从对发电机转子实施动平衡的角度入手可以发现，会很大程度的降低上机架的振动，因此在上机架的振动问题处理上并不会单独再采取处理手段。如若我们以在定速初期时各导轴承的实际摆度数据为基础，进行首次加重方案计算，则P=32kg∠60°。将导油盆的密封间隙放大以后则可以对水轮发电机组实施2次启动，发现在定速过程中的各导轴承摆度的工频幅值与相位均未发生明显的变化，但是不稳定的振动问题确实得到了较好的处理。此外，因为在定速过程中，各导轴承摆度并不是位于标准范围之内，因此还应该对各导轴承进行相应的过速试验，在过速试验过程中，下导摆度的最大值已经达到了540 μm，上机架X向值则已经达到了180 μm以上。而正是因为水轮发电机组的转子存在着一定的质量不平衡问题，所以，结合对各项数据的证明分析，可以断定致使过速试验过程中下导摆度在500 μm以上的根本原因就是转子质量不平衡。因此，笔者对水轮发电机转子进行动平衡处理后，各导轴承的振动问题与摆度问题均得到了较为明显的改善，下导摆度降低到100 μm以内，上机架X向振动则达到20 μm以内，切实达到了预期的配重效果。

3 结束语

因为水轮发电机组本身运行的安全性与稳定性直接决定了水电站的生产活动效率，所以，如何确保水轮发电机组的安全、稳定运行始终都是水电站研究的重点内容所在。尤其是针对水轮发电机组调试运行过程中常常出现的振动故障问题，更是现如今水电站在运行维护管理过程中的重点、难点所在。要想有效解决这一问题就必须清楚的了解引发振动故障的原因，并针对实际原因采取有效的解决对策，才能确保水轮发电机组的安全性与稳定性，更好的服务于水电站的生产活动。

[1]余和平.水轮发电机组调试与试运行阶段常见问题探究[J].安装，2015（12）.

[2]伍威.水轮发电机组调试期间振动故障处理分析[J].科技展望，2016（01）.

TK730.7

B

1672-5387（2017）10-0046-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.016

2017-07-21

杜 宁（1970-），男，高级技师，从事水利水电机电设备制作、安装工作。