水電機組振動故障診斷研究

李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

水電機組振動故障診斷研究

李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

隨著水力資源不斷的開發利用,水電在電力系統中所占的比例也越來越高,水電機組運行的安全性關系到水電企業的經濟效益和安全性能,電機組的事故,通常都會造成嚴重的經濟損失和人身傷亡。本文簡要介紹了水電機組故障產生的原因及其主要特征;給出了水電機組故障判別和試驗方法;簡要介紹了水電機組振動監測技術。通過水電機組故障診斷技術的運用,為實時的掌握機組的運行狀態提供了技術支持,能夠有利于降低機組的事故率,減少經濟損失。

水電機組 故障診斷 振動 監測技術

水電機組振動故障的診斷研究對水電機組的安全經濟運行具有重要的現實意義。通過對水電機組運行狀態的檢測，可以實現對機組的實時運行數據進行檢測，第一時間發現問題，排除事故隱患，同時能夠方便對事故數據進行儲存和整理，便于分析，故障診斷的原理如圖1所示。水電機組屬于大型、復雜型設備，設備一旦出故障，分析起來十分的復雜，而且機組一旦停備會造成巨大的經濟損失，所以，為了保證機組的正常運行，對水電機組的檢測和診斷時必不可少的。

1 水電機組振動故障的原因及主要特征

引起水電機組振動的原因可以規為三類，包括機械原因，水力原因和電磁原因，故可以按原因的分類將機組的振動分為三類。

(1)機械振動。為了保證水輪發電機組旋轉部件的穩定性，機組的旋轉部件和支承結構按軸對稱結構布置。當機組的旋轉部件偏離軸對稱性時，就會導致機組運行的不穩定，從而產生不同形式的震動。這種振動現象即稱為機械振動。機械故障引發的振動形式具有顯著的特點。振動頻率一般為轉頻或者轉頻的倍數，所產生的不平衡力一般為徑向的水平方向。

(2)電氣振動。電氣振動的產生原因包括兩個方面，一是發電機轉動部分因受不平衡力的作用產生振動。當定子內腔和轉子外圓之間氣隙不均勻時，定子和轉子之間會產生不均勻的磁性拉力，磁性拉力會對轉子和定子形成轉頻激擾力。令外當轉子動靜不平衡，轉子和定子之間不均勻的空氣間隙所引起的作用力，同樣會引起機組轉動部分的振動。二是發電機定子的振動，其原因可以分為以下幾種：發電機定子繞組分數槽引起；發電機定子的組合縫；定子的鐵心松動；發電機定子、轉子之間的空氣間隙不對稱以及定子繞組不對稱；定子繞組固定不良；負序電流。

(3)水力振動。造成水力振動的原因有：尾部管內的低頻渦帶；尾水管接近轉頻的脈動；水輪機水封間隙不等產生的水力不平衡；渦殼、導水葉和轉輪水流不均勻引起的振動；壓力管道中的水力振動。

2 水電機組振動故障的判別與試驗方法

水電機組的振動產生的原因很多，還有可能是多種因素的共同作用導致的，不同的因素間還有相互影響和相互制約的關系。可以說水電機組的振動是機械、水力和電氣諸多方面振動的耦合。所以就需要一些方法來判斷某種振動是由于什么原因所導致的。

2.1 由振動試驗來判別振動產生的原因

振動試驗中包含下面的試驗方法：轉速試驗，如果改變轉速對振幅變化不靈敏，則造成機組振動的原因可能是軸線曲折，如果振幅隨機組轉速增高而呈平方倍加大，則產生的原因可能為轉動部件動靜不平衡；勵磁試驗，如果隨著電流的增加振幅也增加，則造成振動的原因為磁拉力不平衡；負荷、調相試驗，如果振幅和負荷呈正比關系且水輪機導軸承上振幅變化敏感于發電機上導軸承，則機組振動的原因為水力不平衡。

2.2 從振動部位判別振動原因

運行中的機組，當上機架的振動比較突出時，則振動原因一般見于推力軸承和上導軸承的缺陷，或者是機組軸線不垂直所導致；當轉輪的線性和開口不均勻時，因為水力不平衡會造成機組的振動；當轉輪葉片線性有問題時，葉片尾部會產生渦旋，同時尾部的壓力脈動也會導致機組振動。

2.3 由振動頻率識別振動原因

振動頻率所造成的振動主要包括以下方面：如果振動的頻率與機組轉動的頻率是相同的，則可以推測造成機組振動的主要原因為軸線曲折、水輪機迷宮間隙不均勻和導軸承間隙問題等；如果振動頻率是發電機電流頻率的2倍，則產生的原因可能是定子鐵芯組合逢不嚴；如果振動的頻率是發電機磁極對數與轉速頻率的乘積，則機組振動的原因為發電機空氣間隙不均勻。

3 水電機組振動監測技術

水電機組振動監測的首要環節就是監測點的選擇和布置，只有準確合理的選擇和布置監測點才能保證所采集信號的真實性，以及進行故障診斷結果的可信度。選擇監測點主要是根據機組的運行性能、規律以及設備的結構特點來進行。監測點要選擇最具有代表性以及最能準確反映運行設備狀態的點。測點的選擇和布置要符合水電機組運行的四個特性，即水力特性、機械特性、設備特性和電氣特性。

其次是對傳感器進行選擇，傳感器作為監測系統中的重要部件，其可靠性和準確性關系到所測試數據的準確性和可靠性，選擇傳感器時要以水電機組的特點為依據，合理的選擇。一般來講，傳感器的頻響范圍一般應控制在0-200KHz，傳感器必須具有，安全穩定和長久耐用的特點，盡量選擇性能好的傳感器。

最后是對機組運行狀態的信號進行采集、分析和處理。水電機組屬于旋轉機械設備，同時又有自己的固有特性。在系統信號分析中，不但包括通用機械信號分析功能，而且還具有機組獨特信號的分析功能，比如發電機氣逢、油膜厚度、溫度趨勢等。

4 結語

本文主要對水電機組的故障診斷技術進行了研究，簡要介紹了水電機組故障的原因及其主要特征；給出了水電機組故障判別和試驗方法；并簡要介紹了水電機組振動監測技術。通過水電機組故障診斷技術的運用，為實時的掌握機組的運行狀態提供了技術支持，能夠有利于降低機組的事故率，減少經濟損失。

[1]劉峰,楊曉萍,劉曉黎.基于神經網絡的水輪發電機組振動故障診斷專機系統的研究.西安理工大學學報[J],2002,19(4):372-376.

[2]符向前,劉光臨,蔣勁.BP神經網絡在水輪發電機組狀態檢測與故障診斷系統中的應用.武漢大學學報[J],2002,35(1):24-28.

[3]楊曉萍,解建寶，等.水輪發電機組的事故停機分析與故障診斷專家系統的研究.西安理工大學學報[J],1998,14(2):201-204.

李艷林(1985—),男,貴州遵義,本科,主要從事水電站運行維護工作。