水輪機發電機組振動的影響因素與處理方案

黃商

摘 要：影響水輪機發電機組振動的因素有很多，文章對電磁閥因素、機械因素以及水利因素三項主要因素進行了詳細分析，依照水輪機發電機組振動的影響因素探討出合理的解決方案，希望對未來水電廠在利用水輪機發電時導致發電機組振動影響因素的分析及采取相應的處理方案提供有效的借鑒。

關鍵詞：水輪機；發電機組；振動；影響因素；處理方案

中圖分類號：TV734.21 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0127-02

Abstract： There are many factors affecting the vibration of hydraulic turbine generator set. This paper analyzes in detail three main factors： solenoid valve factor， mechanical factor and water conservancy factor. According to the influence factors of turbine generator set vibration， this paper discusses the reasonable solution， and hopes to provide an effective reference for the analysis of the influence factors of generator set vibration caused by the use of turbine power generation in the future hydropower plant and the corresponding treatment scheme.

Keywords： turbine； generator set； vibration； influencing factors； treatment scheme

近些年以來，隨著我國科學技術的發展，我國的水利發電事業也獲得了非常顯著的進步和發展，各種類型的大型、中型以及小型的水輪發電機組相機建設成功并且很快的投入使用[1]。在水輪機發電機組的運行過程中還是經常性地出現相應的振動問題，這對水輪機機組安全、穩定、可靠的運行造成一定的不良影響，下面我們著重分析一下水輪機發電機組振動的影響因素與相應的處理方案。

1 水輪機發電機組振動的影響因素

1.1 電磁因素

若是當不確定的磁極發生了短路的情況之后，會使得磁動勢逐漸減小，與之相對稱的磁極磁動勢卻不會因此出現任何的變化，之后便能誕生出一個和轉子呈現出同向轉動的不平衡磁拉力，由此就導致了機組出現振動的情況。定子鐵芯的組合縫如果出現了松動的問題，或者是鐵芯本身發生了松動的情況，將會導致機組出現振動現象。若是定子繞組的固定不科學，當電氣負荷比較高的時候，也會讓機組出現振動問題。

1.2 機械因素

相較于一般的臥軸旋轉機械來說，中大型水輪發電機組基本上是立軸，如某水電站的機組，就屬于立軸滾流式。面對這樣的情況，各個部位的導軸承往往不會承載著靜載荷，軸頸也不會出現靜偏心。機械因素所導致的機組振動一般表現于不同的方面[2]。

（1）如果發電機組在空載低轉速的情況之下發生了相對顯著的振動情況，則可以分析出引起這類問題的原因是機組緊固的零部件出現了松動的問題，再就是軸線發生了曲折的情況、中心尚未對準等。

（2）如果發電機的振幅及機組轉速的二次方呈現出較為明顯的正比關系，水平振動的幅度比較大，則可以判定為導致機組振動的原因是機組轉動部分出現了質量不平衡的情況。

（3）如果發電機組振動相對強烈，同時還出現了撞擊的聲音，應該考慮引起機組振動的原因是相關轉動部件和固定部件處于相互碰撞的狀態之下。

（4）如果發電機組振幅伴隨著機組負荷發生的變化呈現出顯著的變化，則應該考慮的原因是主軸較細或者是軸本身的剛度不符合相應的標準。

1.3 水力因素

（1）汽蝕

汽蝕被列入水力因素的范疇之中，通常可以劃分出三種主要的類型，也就是間隙、空腔、翼形。其一會讓轉輪室發生破壞，葉片的周邊和轉輪體的局部等部位受到負面的影響[3]。其二常見于水輪機座環內側，同時也可見于尾水管的上半段。其三則是常見于葉片的背面和輪翼的周邊。在汽蝕的影響之下，水輪機的表面會遭到破壞，同時還能引發比較劇烈的振動，也會產生較大的噪音。在機組部分負荷時，機組振動相對明顯，這種情況也會出現噪聲問題，振動的頻率一般是在300-500赫茲，被列入高頻振動的范疇。

（2）尾水管渦帶

尾水管渦帶是水輪發電機組在實際振動的時候相對常見的振動源，除去引起機組振動的情況外，還會導致壓力脈動等相對嚴重的問題。一般來說，渦帶在擺動的過程中，不但會讓水輪機發生振動問題，還會導致引水系統及廠房共振等問題出現，嚴重的誘發電網功率擺動問題。

2 水輪機發電機組振動的處理方案

2.1 采取相對合理的振動測試方案

在水電站中的水輪機發電機組往往會出現振動情況，這是不可避免的問題，應該重視其合理性，采取適宜的測試方案，保證將影響降至最低[4]。

（1）儀表測試法

此類方式相對簡便且靈活，涉及到的儀器包括測振儀和百分及千分表等。測振儀可以及時的將機械振動時間歷程測試出來，在分析及對比的過程中，獲取到更為精確地機組振動頻率及波形等相對應的指標。百分及千分表等也可以及時的將機組振動的振幅測出來，這樣便能保證相關工作的開展更加順利。

（2）振動監測系統

這種系統通常涵蓋著傳感器、信號變換及處理等不同的裝置。在借助于專業傳感器及信號變換裝置的基礎上，把實際獲取的振動量合理的轉變為電量，再適當的借助于放大器將相關的信息放大，通過示波器將其合理的記錄下來，經過分析儀器的分析加以處理。該系統體現出較高的靈敏度和較廣的頻率范圍，能夠及時的完成自動控制及遙測等工作。應該格外關注的是此系統的使用可以對機組振動進行測量，但是應該采取針對性的屏蔽措施，避免受到外界的干擾，對測量的準確度產生不利的影響。

2.2 準確分析電磁因素產生的振動原因

依照轉子磁極鍵的基本情況，在反復測量定轉子圓度符合一定的標準之后，把長出的部分及時的去除，在上部及時加裝擋板。當對磁極鍵固定之后，避免出現偏斜的問題。若是磁極已經修復成功，需要及時的對轉子圓度加以復測，保證檢測的結果及對應的標準達到相關的要求[5]。在對定子鐵芯進行定期檢查的時候，如果發現了松動的情況，應該及時的采取措施處理，同時強化基本的監控與監管。

2.3 合理判斷機械因素導致的振動問題

重視精密度的提升和同心度的提升，這是降低機械因素導致振動問題的關鍵。機組在實際運行的時候如果出現較大幅度的振動問題，可以對機組實現合理的檢查，及時排除其他因素所致的情況。根據振動顯示的情況，在變速試驗中，應該明確相對明顯的振動變化情況，由此及時的判斷出機械因素所導致的實際問題。在進行空載試驗的時候，可以發現存在著有功負荷及勵磁電流的影響。在實測機組導軸承間隙的過程中，能夠發現當間隙呈現出最大值的情況時，需要進行合理的調整，保證其能夠控制于標準值0.2毫米之內。在此之后，啟動機組的過程中應該及時的落實振動測試工作，振幅必須要保證在0.04毫米之內，消除機械因素導致的振動問題[6]。

2.4 清楚辨明水力因素所致的振動問題

針對于尾水管渦帶導致的機組振動問題，可以及時的在低負荷區域中適當的補足氣量，由此能夠及時的降低相應的壓力脈動振幅。在加裝了延伸泄水錐后，可以保證渦帶的壓力脈動及時的降低到一定的程度上。在超負荷的區域之中，可以及時的加裝相應的加裝帶，其起到的導流作用可以保證減震裝置發揮出作用，采用角向切割葉片出水邊的基本方式，把渦帶中的壓力脈動合理的控制，由此提升出力。針對于汽蝕原因所致的機組振動問題，應該及時的通過尾部流通管入口處的加裝導流瓦改善，也可以適當的添加導流翼板或者是對轉輪葉型合理的修正，由此能夠及時的解決出力問題。注意適當的避免機組在低壓負荷區中運行，這樣便能及時的降低汽蝕可能導致的機組振動幾率。

2.5 機組振動維護的基本要點

每月必須要適當的測量發電機定子及勵磁回路絕緣電阻，同時在測量發電機定子回路絕緣電阻時應該采用2500V兆表，對比于歷年測量值來說不能出現相對明顯的降低趨勢，吸收比不可以低于1.6，應該及時的在查明原因的情況下消除[7]。若是發生了機電外部的短路問題，需要及時的對發電機重要的部件合理的檢查，同時對于發電機定子端部位實施外觀檢查。發電機運維人員應該落實定期或者是不定期的考核，確保發電機運行狀況更為優良，促使相應工作的開展更加順暢。

3 結束語

綜上所述，本文對水輪機發電機組振動的影響因素進行了詳細分析，之后又列舉出水輪機發電機組振動相應的處理方案。因為水輪機發電機組在運行的過程中振動問題是避免不了的，所以對水輪機發電機組的振動問題的處理應該盡可能的以預防為主要措施，同時治理為相應的輔助措施，在這樣防治的過程中采用一系列科學的方法和措施，最大程度的消除水輪機發電機組產生振動的根源，以此來確保水輪機發電機組能夠安全、穩定、長久的運行。

參考文獻：

[1]孟龍，劉孟，支發林，等.機械不平衡及軸瓦間隙對水輪機運行穩定性的影響分析[J].機械工程學報，2016，52（03）：49-55.

[2]方友林.水輪發電機組振動過大的原因分析及處理方法研究[J].機電信息，2015（09）：51+53.

[3]蔡燕生，李東，燕飛.龔嘴水電站水輪發電機組振動分析及探討[J].四川水力發電，2014，33（05）：101-105+133.

[4]欒春林，喬木，周芟杉.水輪發電機組智能化振動保護策略研究[J].大電機技術，2014（05）：45-49.

[5]楊周平.水電站水輪發電機組振動問題分析及處理措施[J].山東工業技術，2013（11）：46+38.

[6]丁元生，王貴來.構皮灘發電廠600MW機組水輪機高負荷區運行穩定性研究及應用[J].科技視界，2013（23）：10-11.

[7]譚丕成.大型燈泡貫流式水輪發電機組振動擺度在線監測系統改造分析[J].水電站機電技術，2013，36（S1）：18-23.