水电站机组振动和摆度原因分析及处理方法

高阳

摘 要： 目前，我国的水电站站发展迅速，水轮发电机组产生的振动和其它动力机械产生的振动存在明显差异，但机组振动是一种较为常见和明显的现象，但它的振源通常十分隐蔽，除机器自身发生转动引起的振动，当水轮机过流受到发电机电磁力持续作用后，也会对系统与它的部件造成影响，进而产生振动。导致机组产生振动的原因有很多，一般多种振源共同存在，通常情况下，导致机组发生振动的源头以电气、水力与机械为主，而且这三者还相互作用与影响，彼此交织，最终产生耦合振动。

关键词： 水电站机组振动;摆度原因分析;处理方法

【中图分类号】TM312     【文献标识码】B     【文章编号】1674-3733（2020）05-0136-01

引言：全方位确保水电站的运行安全，必须根据建筑结构设计特点和相关设备系统等多重角度细化水电站安全运行管理标准，制定安全技术规范。（1）管理人员应注重构建完善的水电站安全运行管理体系，指明安全操作与执行规范，严格做好主体建筑结构和大型机电设备的质检工作，不断优化设备技术性能，大力加强水电站建设期间的质量管控。需要注意的是，当水电站初步建成后，其主体建筑结构和主要设备安装已基本成形，此时，就要严格做好质检工作，适当调整局部角度和位置，如果无法改变某些部位，就需要调整设备组装角度，做好机电安装调试工作。（2）要做好水电站设备试运调试工作，对所有设备进行全面质检，修复各种缺陷，排除一切隐患。（3）工作人员应坚持定期诊测水电站所有设备的各部状态，全面做好设备检修工作，确保大坝、水工建筑物、水电站厂房和周边构筑物的安全性能，定期查看機电设备与其保护控制系统、预警系统、辅助设备之系统和安全监测系统能互相合作，处于良好的运行状态。

1 机组振动的危害与产生振动的原因

水轮发电机组的振动是一种有害现象，影响到机组的使用寿命。振动过大会造成设备焊缝开裂、螺栓松动、零件疲劳断裂、飞出等，这对于高速旋转的机组来说是相当危险的，严重地威胁着电站的运行安全。水轮发电机组振动的原因，根据外力来源的不同可分为3种：水力振动、机械振动、电磁振动。其中水力振动的原因有水力不平衡，水轮机在非设计工况下运行，尾水管中水流不稳等;机械振动的原因有转子重量不平衡，机组的轴线不正，轴承存在缺陷等;电磁振动的原因有转子绕组短路，空气间隙不均匀等。了解这些振动产生的原因，就为正确解决问题提供了保证。

2 优化措施分析

2.1 健全水电站安全管理制度

健全水电站安全管理制度则必须针对水电站运行安全管理工作需要制定人力资源管理制度、安全用电技术管理制度和安全监督管理制度，明确工作纪律，禁止违规操作。（1）要注重健全各种电气设备故障维修制度，对所有电气设备进行全方位监控，如果发现设备存在异常，必须立刻进行质检与维修。（2）要健全水电站安全监控制度，以此确保水电站安全运行监控质量。工作人员应注意在安置监控系统的过程中着重优化该系统的全方位监测功能，促进该系统和远程技术的有效结合，从而确保水电站监控系统能够全方位掌控本站重要设备以及设备的重要部位的运行状况，对水力发电作业的关键环节实施全过程自动监控与记录，发现隐患后，能够自动报警，要充分发挥控制功能以免安全事故扩大。（3）水电站应注意促进远程安全监控系统和无线移动通信技术终端的有机融合，这样能够确保管理人员及时收到移动报警信息。

2.2 水力失衡

水流在具备位能与动能之后，将在蜗壳作用下产生环流，之后转轮由于受到导叶持续作用（包括固定导叶与活动导叶，但无论哪一种导叶，其分布均保持均匀）而开始旋转。因加工与安装无法避免误差的产生，导致导水叶的流道及叶片，在形状和尺寸等方面存在很大的差别，直接或间接作用在转轮上的水流，如果失去轴对称，将产生不平衡的横向作用力，导致转轮发生振动，这一振动在空载状态和低负荷运行状态更为强烈。针对由这一原因造成的振动，可采用以下措施来预防和处理：从加工和安装两个环节入手，尽可能减小误差，避免流道与叶片在形状和尺寸上产生较大的差别。除以上原因外，磁拉力不平衡和轴线不直也会造成振动，电机中，定子和转子间存在的不均匀气隙将使两者间产生不均衡磁拉力，即便定、转子表面十分规则，机组当中因轴系产生变形将导致电机转子偏心，进而导致磁拉力不平衡。导致单边磁拉力的原因为转子相对于定子发生偏心，这一般和加工与安装过程中产生的误差、轴承磨损及转子挠度等有关。对此，应保证加工与安全精度，减小轴承的磨损与转子挠度。

2.3 机组转轮室振动原因分析

通过采用真机测试包括稳定性试验、应力试验、变形测试等，并结合有限元建模仿真手段，对转轮室振动异常原因进行分析，可得出以下结论：1）转轮室X/Y向振动激振频率为4倍转频（占绝对优势），几乎无其它频率成分，且振动数值、压力脉冲随负荷升高而增大，4倍频的激振力应来自于4叶片的转轮在水中旋转而产生。2）机组动应力主要是由于转轮与转轮室之间的间隙引起的压力脉动产生，随着负荷增大，压力脉动逐渐增大，动应力也随之增大，但其与转轮室组成材料的屈服强度相差很大，转轮室刚强度的裕度较大。3）转轮室在机组叶片临界频率（4倍转频）下的工作变形为四瓣型膨胀变形，仿真与实测结论基本一致。4）转轮室变形试验可知，鉴于球面段与扩散段振动位移幅度相当，可基本排除转轮室的振动形式为以连接螺栓为支点的整体振动。由此，可推断机组转轮室振动异常的原因为：整体刚强度不足，在机组运行不可避免的压力脉冲外载荷下，产生周期性的变形，从而引起周期性的大幅度振动。可通过对转轮室加强的方式来降低其振动幅值。

结语：综上所述，如果水轮发电机组产生超出允许范围的振动，将对机组带来很大的危害，如在机组零部件及焊缝之间产生疲劳破坏区等，使机组产生振动的原因有很多，在实际工作中，为预防振动，需针对不同产生原因，根据振动产生机理，采取有效的预防技术措施，比如针对由水力不稳引起的振动，应通过对水力的优化设计来预防和处理。此外，磁拉力不平衡和轴线不直也会造成振动，对此，应采取有效措施来预防和处理。

参考文献

[1] 梁召.水轮发电机组受油器振动异常分析与处理[J].广西水利水电，2017（6）：66-69.

[2] 刘世泽，岳文亭，肖先照.水轮发电机定子铁心端部冲片逸出原因分析及预防措施[J].大电机技术，2017（6）：44-46.