浅议水轮发电机组的振动、摆度测量及在线诊断探讨

杨永

摘 要：  随着经济和科技水平的快速发展，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。

关键词：  水轮发电机组;振动故障;诊断技术

【中图分类号】TV730.7     【文献标识码】B     【文章编号】1674-3733（2020）06-0181-01

引言：近几年，我国电力事业取得了较好的发展，同时对于发电设备的质量也提出了更好的要求。水轮发电机就是比较常见的发电设备之一，通过应用水轮发电机组，能够更好的满足发电方面的要求，提供优质的用电服务。然而，由于一些因素的影响，会使得水轮发电机出现故障问题，故障问题的产生严重影响了水轮发电机组的正常运行，难以保证发电的质量。为此，针对水轮发电机组振动故障问题就要加以分析，同时还要积极的探寻其中的振动故障诊断技术，以便更好的提高诊断水平，取得精准的故障诊断结果，方便进行维修处理。

1 水轮发电机组振动故障的特点

水轮发电机组振动故障是众多常见故障问题中的一种，也具有一定的故障特点。实际上，在发电机运行的过程中，不同程度的振动常常会发生，而轻微的机械振动也是被允许的。然而，当振动幅度超过了一定范围时，就会出现振动故障问题。针对振动故障问题而言，因为不同装置的轴承形式以及额定转速不同，发电机组每个部位振动大小也不一样。所以，其故障特点的分析极为关键。在水轮发电机组运行的过程中，会呈现出一些特殊性，与常见的动力机械相比，水轮发电机的工作就比较特殊，具有复杂性，除了要考量本身旋转方面的振动因素外，还要考虑机组固定选装部分、水轮机组部件等方面所带来的振动影响。而且发电机电磁也会对水轮发电机振动以及各系统的运行产生振动方面的影响。

2 振动危害

对于一般振动，并不会对机组造成危害，但如果振动超出了允许范围，特别是长时间的振动与共振，将对发电的质量、机组设备寿命、各附属设备与仪器、基础与周边建筑造成很大影响，甚至带来十分严重的危害，这些危害主要包括以下几个方面：（1）在机组零部件及焊缝之间产生疲劳破坏区，且这一区域将不断扩大，导致裂纹的产生，严重时，将造成断裂损坏[1]。（2）机组上某些紧固件由于振动变松，除了会使这些紧固件产生断裂，还会加剧与其相连的部分的振动，使损坏速度加快，缩短使用寿命。（3）增加机组转动机构磨损，比如大轴发生剧烈摆动，导致轴和轴瓦大幅温升，最终烧毁;又比如发电机的转子产生剧烈振动，使滑环和电刷之间的磨损加剧，温度大幅升高，将轴瓦烧毁，同时还会使电刷上的火花大量增加。（4）在尾水管中，涡流将产生一定脉动压力，导致过水系统产生明显的振荡，在尾水管壁上出现若干裂缝，当情况比较严重时，还会使尾水设施被严重破坏。

3 水轮发电机组振动故障的主要诊断技术方法

3.1 硅壓阻式压力变送器

硅压阻式压力变送器的敏感芯片利用半导体材料的压阻效应，在硅基片上，用集成电路工艺技术扩散4个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，使形变与桥阻变化形成一一对应的比例关系，集成信号放大转换线路将敏感芯片输出的比例关系初始信号依照国际标准放大处理转换，输出工业标准信号。当被测压力作用到变送器的不锈钢膜片上时，通过不锈钢膜片与敏感芯片之间注入的硅油，把压力传递到敏感芯片上。芯片通过导线与专用线路（变送器）连接。由于敏感芯片输出的电信号与作用压力有着良好的线性关系，所以，可以实现对压力的准确测量。适用于对316不锈钢无蚀害的任何介质测量。广泛用于石油、冶金、电力、水利等领域液体和气体的自动检测与控制系统。

3.2 水力失衡控制

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。

3.3 利用振动部位诊断故障

振动部位是判别振动原因的重要部分，利用振动部位诊断故障十分重要，在长期累积经验的指导下，机组振动部位各不相同，可以根据不同的振动部位了解振动原因。利用振动部位诊断故障需要做到以下几点，第一，如果存在水导轴承处振动明显大于其他部位的情况时，则可能存在蜗壳，转轮及导叶水力不平衡的情况，引起机组的振动。第二，如果上机架处振动较为明显，则多半是机组推力轴承存在缺陷，记住轴线曲折，中心存在缺陷与故障等。第三，如果转轮叶存在线型差异，尾水管产生偏心蜗带等，同样会引起机组振动，在尾水管顶部，压力钢管等部位均可测到明显振动，从而有效通过振动部位进行故障的诊断。

结语：在如今水轮发电机组运行的过程中，往往要求人们能够提高对于故障问题的重视，由于人为、环境等因素的影响，难免会出现故障问题，如果不能进行有效的诊断，就难以发挥出水轮发电机组的正常租用。所以，加强水轮发电机组的故障诊断具有重要的意义。

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.

[3] 周怀生.探讨水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害及应对措施[J].智能城市，2019（11）：22-23.