淺談水電站機組振動與平衡

摘要：水力發電已經成為電力系統中的主要電能生產方式，水輪發電機組運行效率則是影響生產效率的主要因素.水電站發電機組功率大，一次和二次系統結構復雜，在運行時很容易受電力系統各種因素的影響，其中振動為最常見問題.因此需要從各種維護的技術角度分析，確定造成機組運行振動問題產生的原因，并有針對性的采取措施進行優化，最大程度上消除振動產生的影響，努力提高機組運行穩定性和可靠性，保證電力系統穩定運行。

關鍵詞：水電站;機組振動;平衡

前言：水電站水輪發電機組運行過程中常規的振動是無法避免的。一般情況下，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。

一、水電站同步發電機振動的現象和危害

1、水輪發電機組振動的現象很復雜，主要有水力、機械、電氣等三大方面的原因;機組的軸向振動，也稱為縱向振動。立式機組表現為上下跳動;臥式機組表現為前后串動。徑向振動，也稱橫向振動。表現為在垂直于軸線的方向上搖擺。繞軸線的扭轉振動，表現為旋轉不均勻、機組角速度周期性地加大和減小。設備磨損程度加大，使得軸瓦溫度升高容易被燒壞.水輪機是機組轉動的動力來源，它工作不穩定必然影響整個機組。水輪機及通過的水流方面，轉輪四周水力不平衡。反擊型水輪機發生空腔空蝕。導葉或輪葉產生不穩定的渦流。高水頭長輸水管道的機組，在負載變化時可能因水錘現象而造成振動。

2、機械上原因主要有，轉子不平衡、轉子彎曲、葉輪或葉片損壞，葉輪或

葉片損壞、斷裂;葉輪或葉片結垢;聯軸節對中不好;管道對中不好有應力;滑銷系統故障缸體膨脹受限制;軸瓦磨損間隙增大;推力瓦塊磨損，軸向位移增大，動靜部分產生摩擦;基礎管道共振。操作上的原因：升速升壓過快，熱膨脹不充分;潤滑條件不好;油膜振蕩;喘振工況下運行;高速輕載運轉;葉輪性能不穩定;臨界轉速區域停留;液體進入缸體產生水擊。使金屬材料疲勞，零件磨損，軸封間隙增加，漏氣增加，軸瓦工作困難，振斷管線，同樣如果其動態剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時，就會導致機組設備產生較大的振動，并且，振動過大還會導致機組零部件金屬和焊縫之間疲勞破壞區增大，降低設備運行機能.因此必須要及時采取措施進行控制，降低對發電機運行效率的而影響.轉動部件故障是影響水輪發電機運行穩定性的常見原因.當動態質量不平衡即發電機組在運行一段時間后，受各項因素影響各部件松動或者發生位移，造成機組旋轉質量平衡性下降，以及部分機組轉速高并且轉子較長，在運行過程中也會出現不平衡力矩問題，通過對此方面思考的分析，需要重點做好轉動部件的選擇和安裝，保證各細節實施效率，并采取可靠措施來防止磁軛運行時產生的不均勻徑向外移的現象.

3、發電機氣隙不均勻、、勵磁系統工作不穩定、三相負荷不平衡，電力系統有功無功及頻率的突變使得機組輸出的頻率和波形會因振動而變化，降低供電的質量。在實際的運行過程中，發電機組經常會出現三相負載不對稱問題，即發電機定子單向接地或者兩相短路時，就會出現三相負載不對稱問題，當負序磁場正對著發電機縱軸時，較小氣隙磁場會增大轉子間的作用力;當負序磁場正對發電機橫軸時，較大氣隙磁場會減小轉子間作用力.所以，負序磁場造成定轉子間作用力一直在變化，便會造成定子機座和轉子出現振動問題.

二、水力發電機組振動與平衡的處理措施分析

1、水力發電機在安裝時如果定子和轉子不同心，或者電機定子和轉子不同圓，在投用后運行過程中很容易出現氣隙不均勻問題;就需要采取措施來消除在靜態氣息不均勻問題，利用，墊片設置在磁極和磁軛的間進行調整，加強對機組部件設計、制作和安裝等環節的管理確保其可以滿足水利發電機組實際生產需求，即對機組日常運行巡檢，做好檢修工作，避免發電機轉子磁極在運行過程中出現松動情況.

2、在發電機組正常發電運行過程中，經常會出現三相負荷不對稱問題，造成機組出現振動問題，通過設置發電機阻尼繞組來減小負序電流，在負序旋轉磁場切割轉子時，電阻中安裝的漏電抗很小的阻尼繞組便可以產生較大感應電流，對負序磁場進行削弱，來減少產生的負序電流，避免出現振動問題;對電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，達到水輪發電機可以長期穩定的運行下去。

3、造成發電機組振動的水力不平衡影響最為明顯，根據季節水利資源的實際情況，針對此類問題需要對進水口進行處理，采取措施來控制進水流速，根據不同季節、時段水速變化特點，來設置管理方案，最大程度上來降低水力不平衡因素產生的影響.水輪機轉輪的靜平衡只能通過試驗來檢查和實現。

4、發電機轉子的靜平衡除容量很小的以外，尺寸及重量較大的大中型轉輪則只能用立式的試驗臺進行靜平衡。發電機的轉子都是尺寸很大、重量很重的，其靜平衡無法用試驗的方法檢查調整，只能依靠組裝的工藝過程來實現。水輪機轉輪的靜平衡只能通過試驗來檢查和實現。

三、總結

保證電力系統正常穩定運行，以提高水電站發電機組運行穩定性為目的，需要對常見振動問題進行分析，確定問題發生的原因，有的放矢選擇解決措施.對不同影響原因進行分析研究，加強設備安裝和運行管理，爭取不斷提高水電生產綜合效率.

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作者簡介：

拜德鵬，男，助理工程師，從事水電廠機電設備維護工作。