水輪發電機組運行中的振動分析

摘要：水輪發電機組振動是水電站常常出現的普遍現象，主要存在設計、安裝、運行等方面的原因，在水輪發電機組運行的過程中會出現不同程度的振動，如果振動的幅度超過規定標準的時候，就會影響水輪發電機組的正常運行。文章結合水輪發電機運行中存在的問題，對水輪發電機組運行中的振動的解決方法進行了分析。

關鍵詞：水輪發電機組；機械振動；水電站；水力振動；電磁振動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM612 文章編號：1009-2374（2015）33-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.038

1 水輪發電機組振動

1.1 概述

水輪發電機的振動和其他機械的振動在一定方面上是有不同之處的，而它們的相同之處都是利用本身的機器轉動去引起振動，而且在水輪發電機組振動的時候需要考慮水輪過水流動的各個部分流動壓力和各個部件的影響，機組是靠機械、電磁、流體三部分相互作用力的影響下進行正常的運動，比如：水流引起機組的振動的時候，發電機組的定子和轉子之間會出現縫隙大等問題，這會導致定子之間和轉子之間的空隙擴大導致機組轉動部分的不平衡，如果轉動部分之間發生變化，那么發電機的磁場和水流流場都會受到影響，最后使水輪發電機振動時出現一系列的問題，所以說水流流體、電氣和機械是導致水輪發電機組振動的問題所在，如果只在這三者的關系上去研究水輪發電機組的振動是不夠的，我們最好從機械、電氣和水力這三大方面進行探討研究，并和管理、檢修人員進行討論，最后能夠找出方法去解決它。

1.2 水輪發電機組振動的類別

一些常規的振動在水輪發電機組運行過程中是無法避免的。在混流式的水輪中，尾水管渦帶的壓力和補平衡力是導致水輪發電機組振動的最主要的兩個因素，不經常出現的振動方式有三種情況，主要是共振、自激振動和水體共振，任何部分的水體部分都有可能發生振動，在水輪發電機組振動時，最經常出現的一個問題是轉子不平衡，這種問題的出現一般的根源就是在轉動部分最為常見，主要包括電氣、水力和機械的不平衡，而不平衡的頻率和轉速頻率是一樣的。

2 引起機械振動的主要因素及危害

在水輪發電機組運行中會出現機械振動，機械振動是由機組機械的摩擦力等其他力的干擾而引起的振動，主要由機組軸線不正、轉子質量不平衡、導軸承缺陷等因素引起的機械振動。

2.1 轉子質量不平衡

轉子質量不平衡會導致轉子軸心和重心產生偏心距，當主軸旋轉的時候，轉子質量會偏離重心，主軸會彎曲變形，主軸的變形量和振動的幅度有很大的關聯且成正比例關系，在制造之前要對轉子進行動平衡等試驗，這樣可以保證轉子重量平衡，也可以消除振動的問題。

2.2 軸線不正

軸線不正會出現振動時的弓形旋轉、增大離心慣性力兩個問題，其中弓形旋轉主要是指轉輪幾何中心和轉子偏離旋轉中心，會讓振動的方向向著縱向或者橫向的方向發展，這對導軸承和推力軸承有很大的影響作用，這兩個因素都會使振動的幅度增大，在水輪發電機組運行的時候會出現導軸承的間隙特別大、使用壽命比較長等情況。另一種情況是推力軸承處會發生擺正等現象，為了防止這些情況對水輪發電機組運行時產生的影響，在安裝時我們一定要對軸線進行檢查并調整各軸承之間的間隙。

2.3 導軸承缺陷

在運行的過程中導軸承出現不平穩等不良狀況時，會讓弓狀出現橫向振動，使導軸承出現摩擦等癥狀，會使導軸承間隙過大、轉軸振動過大，所以我們必須調整導軸的間隙，這樣才會讓支座的振動和轉軸之間能夠在規定的范圍內振動。

2.4 水力振動

受到水輪機水力壓力的影響而造成的水力振動，主要是由渦力、水力不平衡等因素造成的：

2.4.1 水力不平衡。水輪的振動是因為水流失去平衡而造成的，這主要是因為過流通道兩邊不對稱，比如：渦殼的形狀沒有達到所規定的標準，那么導葉就不會均勻擴張，會導致輪船兩邊的壓力不勻、在流道中有不明物質等問題。

2.4.2 尾水管中水力不穩定、不平衡。由于尾水管中的水壓周期性不穩定導致尾水管的水力不穩定，壓力脈動會使機組振動，同時會對尾水管造成威脅，如果圓周分量的旋流的分量達到一定的值時，會使尾水管發生周期性的變化、會引起管壁的振動、會影響水輪機組的正常運行。

2.4.3 渦列。當水流直接從流口流出時，會在流口周圍發生渦列，讓對葉相互攻擊，在水頭和開度時會發生渦列的振動，會使輪周圍產生裂紋，所以在水力方面都會存在一個振動區，為了讓機組正常運行，我們一定要及時找出方法去解決它。

2.4.4 電磁振動。電磁振動是發電機在運行時由于電磁力的干擾而引起的電磁振動。主要由于發電機的短路和發電機不對稱的運行引起的情況：（1）發電機三相不對稱運行會引起三相的電流不平衡，會產生一個正序和負序的旋轉磁場，負序的旋轉磁場在轉子附近運行時，會根據間隙的大小和磁阻的大小會讓轉子和定子之間產生不同的作用力，會使力矩之間以兩倍的頻率去振動，最后使轉子和定子之間振動；（2）發電機短路。發電機在工作時出現短路的狀況會使轉子受到定于繞組端部與鐵芯之間的作用力，并給發電機部件帶來危害。

3 水輪發電機組振動的處理方法

第一，面對這一系列問題，我國相關技術人員經過討論和研究制定了一些措施，把機組中的機架清除掉，在此基礎上澆混凝土，重新改正下機架中心，在進行混凝土養護的時候要準備好拆機的維修工作，我們需要在水輪機大軸法蘭和發電機大軸法蘭之間加一個0.35mm的缸筒進行盤車工作，這樣才能達到對各個道軸承的擺度值。

第二，完成開機工作以后，我們要對各個設備進行測試，在帶負電荷等正常情況下的振動參數要符合規定的要求，一般都在15MW左右，水輪發電機振動的雙幅一般都為0.03。

第三，為了讓該電站機組運行的穩定性更強，我們必須經過專業的工作人員對機組進行動平衡實驗，為了避免機組轉動的不平衡轉動，我們一般在轉子下面配23.8kg的重量。

第四，在對水輪機組發電機的振動處理的過程中，經過相關專業的專家討論，首先對三網進行三相負荷的調整，這樣出現三相電流的不平衡的頻率會比較低，可以最大限度地降到850A左右的電流，如果機組的單相在850A左右時，其他一相的電流可能在620A左右，這對發電機系統的要求更近了一步，比如：該電機的負序分量和額定電流的比例最大值在12%，任何一相電流不能超過額定值是，該水輪機電可以長期地運行下去。

4 結語

水輪發電機組的振動受到人們對發電機的設計、安裝等方面的影響，不同的電廠出現的機組振動情況是不一樣的，并且水輪發電機組的振動過大會影響各個企業的經濟損失，我們必須根據每臺機組的特點進行認真的檢修，遇到不同的水輪發電機振動的情況，我們要先優化運行參數，制定發電機組的運行曲線，然后采取適當的方法解決這些問題，讓水輪發電機組能夠安全地進行工作。

參考文獻

[1] 馮順田.水輪發電機組的振動分析與運行優化[J].水電自動化與大壩檢測，2011，（10）.

[2] 王海.對水輪發電機組狀態的檢修[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 劉云.對發電機故障的處理和檢修[M].北京：中國水力水電出版社，2012.

作者簡介：劉強（1977-），男，江西九江人，國網江西省電力公司柘林水電廠水輪機檢修工，技師。

（責任編輯：秦遜玉）