浅谈水电站机组振动与平衡

摘要：水力发电已经成为电力系统中的主要电能生产方式，水轮发电机组运行效率则是影响生产效率的主要因素.水电站发电机组功率大，一次和二次系统结构复杂，在运行时很容易受电力系统各种因素的影响，其中振动为最常见问题.因此需要从各种维护的技术角度分析，确定造成机组运行振动问题产生的原因，并有针对性的采取措施进行优化，最大程度上消除振动产生的影响，努力提高机组运行稳定性和可靠性，保证电力系统稳定运行。

关键词：水电站;机组振动;平衡

前言：水电站水轮发电机组运行过程中常规的振动是无法避免的。一般情况下，尾水管涡带的压力和补平衡力是导致水轮发电机组振动的最主要的两个因素，不经常出现的振动方式有三种情况，主要是共振、自激振动和水体共振，任何部分的水体部分都有可能发生振动，在水轮发电机组振动时，最经常出现的一个问题是转子不平衡，这种问题的出现一般的根源就是在转动部分最为常见，主要包括电气、水力和机械的不平衡，而不平衡的频率和转速频率是一样的。

一、水电站同步发电机振动的现象和危害

1、水轮发电机组振动的现象很复杂，主要有水力、机械、电气等三大方面的原因;机组的轴向振动，也称为纵向振动。立式机组表现为上下跳动;卧式机组表现为前后串动。径向振动，也称横向振动。表现为在垂直于轴线的方向上摇摆。绕轴线的扭转振动，表现为旋转不均匀、机组角速度周期性地加大和减小。设备磨损程度加大，使得轴瓦温度升高容易被烧坏.水轮机是机组转动的动力来源，它工作不稳定必然影响整个机组。水轮机及通过的水流方面，转轮四周水力不平衡。反击型水轮机发生空腔空蚀。导叶或轮叶产生不稳定的涡流。高水头长输水管道的机组，在负载变化时可能因水锤现象而造成振动。

2、机械上原因主要有，转子不平衡、转子弯曲、叶轮或叶片损坏，叶轮或

叶片损坏、断裂;叶轮或叶片结垢;联轴节对中不好;管道对中不好有应力;滑销系统故障缸体膨胀受限制;轴瓦磨损间隙增大;推力瓦块磨损，轴向位移增大，动静部分产生摩擦;基础管道共振。操作上的原因：升速升压过快，热膨胀不充分;润滑条件不好;油膜振荡;喘振工况下运行;高速轻载运转;叶轮性能不稳定;临界转速区域停留;液体进入缸体产生水击。使金属材料疲劳，零件磨损，轴封间隙增加，漏气增加，轴瓦工作困难，振断管线，同样如果其动态刚度较低，在受到力矩或者不平衡力影响时，就会导致机组设备产生较大的振动，并且，振动过大还会导致机组零部件金属和焊缝之间疲劳破坏区增大，降低设备运行机能.因此必须要及时采取措施进行控制，降低对发电机运行效率的而影响.转动部件故障是影响水轮发电机运行稳定性的常见原因.当动态质量不平衡即发电机组在运行一段时间后，受各项因素影响各部件松动或者发生位移，造成机组旋转质量平衡性下降，以及部分机组转速高并且转子较长，在运行过程中也会出现不平衡力矩问题，通过对此方面思考的分析，需要重点做好转动部件的选择和安装，保证各细节实施效率，并采取可靠措施来防止磁轭运行时产生的不均匀径向外移的现象.

3、发电机气隙不均匀、、励磁系统工作不稳定、三相负荷不平衡，电力系统有功无功及频率的突变使得机组输出的频率和波形会因振动而变化，降低供电的质量。在实际的运行过程中，发电机组经常会出现三相负载不对称问题，即发电机定子单向接地或者两相短路时，就会出现三相负载不对称问题，当负序磁场正对着发电机纵轴时，较小气隙磁场会增大转子间的作用力;当负序磁场正对发电机横轴时，较大气隙磁场会减小转子间作用力.所以，负序磁场造成定转子间作用力一直在变化，便会造成定子机座和转子出现振动问题.

二、水力发电机组振动与平衡的处理措施分析

1、水力发电机在安装时如果定子和转子不同心，或者电机定子和转子不同圆，在投用后运行过程中很容易出现气隙不均匀问题;就需要采取措施来消除在静态气息不均匀问题，利用，垫片设置在磁极和磁轭的间进行调整，加强对机组部件设计、制作和安裝等环节的管理确保其可以满足水利发电机组实际生产需求，即对机组日常运行巡检，做好检修工作，避免发电机转子磁极在运行过程中出现松动情况.

2、在发电机组正常发电运行过程中，经常会出现三相负荷不对称问题，造成机组出现振动问题，通过设置发电机阻尼绕组来减小负序电流，在负序旋转磁场切割转子时，电阻中安装的漏电抗很小的阻尼绕组便可以产生较大感应电流，对负序磁场进行削弱，来减少产生的负序电流，避免出现振动问题;对电网进行三相负荷的调整，这样出现三相电流的不平衡的频率会比较低，达到水轮发电机可以长期稳定的运行下去。

3、造成发电机组振动的水力不平衡影响最为明显，根据季节水利资源的实际情况，针对此类问题需要对进水口进行处理，采取措施来控制进水流速，根据不同季节、时段水速变化特点，来设置管理方案，最大程度上来降低水力不平衡因素产生的影响.水轮机转轮的静平衡只能通过试验来检查和实现。

4、发电机转子的静平衡除容量很小的以外，尺寸及重量较大的大中型转轮则只能用立式的试验台进行静平衡。发电机的转子都是尺寸很大、重量很重的，其静平衡无法用试验的方法检查调整，只能依靠组装的工艺过程来实现。水轮机转轮的静平衡只能通过试验来检查和实现。

三、总结

保证电力系统正常稳定运行，以提高水电站发电机组运行稳定性为目的，需要对常见振动问题进行分析，确定问题发生的原因，有的放矢选择解决措施.对不同影响原因进行分析研究，加强设备安装和运行管理，争取不断提高水电生产综合效率.

参考文献：

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作者简介：

拜德鹏，男，助理工程师，从事水电厂机电设备维护工作。