水轮发电机组振动原因和处理措施分析

水轮发电机组振动原因和处理措施分析
水轮发电机组振动会让水轮发电机组正常运行产生问题，会让水轮机组出现故障。

本文首先对水轮发电机组振动带来危害作出简要阐述，然后对水轮发电机组振动原因进行分析，之后结合笔者在新庄水电站工作的实际情况，提出几点水轮发电机组振动处理措施，希望可以对业内起到一定参考作用。

标签：水轮发电机组;振动原因;处理措施
前言：
在水电站中，水轮发电机组的安全运行可以保证水电站经济效益，如果水轮发电机组因为振动出现故障情况，那么就会对水轮发电机组运行平稳性与发电效益造成不利影响。

水力原因、机械原因与电气原因均有可能导致水轮发电机组出现振动情况，进而产生运行故障。

一、水轮发电机组振动带来危害
在水电站中，水轮机占有核心地位，水轮机组可以转化水势能为机械能，在水电厂中，水轮发电机组的安全运行可以保证其供电安全性、供电优质性和供电经济性，这和电网运行的稳定性、安全性具有直接关系，这对于水电厂的社会效益与经济效益具有决定作用。

在水轮机组的运行中，水力原因、机械原因与电气原因均会造成水轮发电机组振动情况，据统计，现阶段，水轮发电机组大约有80%事故与故障和振动有关。

水轮发电机振动会带来五点主要危害：（1）會让机组零部件出现疲劳损坏区，该区主要出现在金属和焊缝之间，长期运行会让损害程度加重，可能会有裂缝出现，导致机组报废;（2）发电机组部分紧固部件会出现松动甚至断裂情况，会让连接部件出现振动情况，减少其使用寿命;（3）水轮发电机振动会让机组旋转部分磨损程度加剧;（4）水轮机组共振会对厂房以及多种设备造成影响;（5）水轮机组振动会让尾水管中形成涡流脉动压力，此压力可能会让水管壁开裂，可能会对尾水设备正常使用造成影响。

二、水轮发电机组振动原因
（一）水力原因
在水力方面，水轮发电机组振动的主要原因是水轮机会受到动力水压的干扰，这种水力原因往往是具有较大随机性、很难进行控制的。

如果水轮机处于非设计环境工作，或是处于过度运行状态，那么由于不理想水流状况，机组部分组件会产生振动加速，出现断裂情况。

对其原因进行具体说明，主要包含四个方面：
第一，通流器件中不平稳的水力。

在转轮有水流进入后，会有不对称情况出
现，会有不稳定横向作用力产生，这会让器件出现喘振现象，在零载荷、低载荷运行条件下，会有较高强度的振动现象出现。

因此，不对称的流通通道会让流体出现不对称现象。

第二，卡门涡流。

在流体绕经轮片在入口端输出后，在输出口处会有涡流列出现，在出现轮片正反面间断流时，流体会撞击轮片。

如果轮片自身振动频率与撞击频率较为接近，可能会出现共振现象，通常情况下，一般涡流列振荡会在某一范围开度、水头时出现，进而让水轮机轮片底部有裂痕出现。

第三，涡流带产生在尾部流通管。

涡流带这种流体形式较为复杂，在出现时普遍为螺旋形状，涡流核心会朝着某一方向转动，可能会让尾部流通管流体产生较大幅度的低压脉冲，脉冲压力数值出现最大值，会使得运转出现不正常现象。

在发电机部件振动频率与涡流带脉冲率出现共振时，单元器件会有振动现象产生，让发电量得到减少;在基底工程自由振动频率和涡流带频率接近时，基底工程会强烈振荡。

第四，尾部流通管安装位置低。

通常情况下，如果尾部流通管安装位置相对较低，就会让流体输出口有不稳定流体出现，在拐弯之前，如果此类流体不够稳定，那么低尾管会让弯道管入口和流体距离减小，在不稳定流体的拐弯过程中，会受到周期作用力的干扰，进而让单元部件出现振荡情况。

（二）机械原因
水轮发电机组作业运行过程中必定会有强烈振动产生。

在机组振动过程中，会有一定干扰力出现，机械本身的摩擦与惯性力以及其他作用力会产生干扰力，因此，在机械方面，其主轴刚度不足、转子质量不平衡、机组轴线不正等等因素均会让水路发电机组产生振动，在此过程中，机组转动转速与频率相同，而随着转速平方的增大，振幅也会随之加大。

（三）电气原因
在水轮发电机组中，单元机组会因为电气引发磁场力而产生振荡，随着电磁流量的增大，振动幅度也会随之扩大，其主要特征为发电机组出现故障时运行机组转子接地、发电机组处于不对称三相电流、磁场不均等。

以运行机组转子接地为例，在水轮机发电机组运行过程中，就会有转子接地情况产生，进而造成短路故障，进而减小电阻值，在故障点得到大量电流经过时，就可能会对电场稳定性造成影响，使得发电机组出现激烈的振荡情况。

三、水轮发电机组振动处理措施
（一）水力原因造成振动处理措施
为避免尾水管涡带和气蚀造成机组振动现象，那么需要将导流翼板与导流瓦安装在尾部流通管入口处，以减小并消除涡带产生振动，与此同时，通过补气等
方法也可以对振动进行减小和消除。

为防止卡门涡所引起的水轮机振动，通常情况下，可以对卡门涡频率与叶片固有频率进行改变，也可以对叶片型号进行改变，削薄出水边，进而减小、消除正反侧面形成交变漩涡力量。

为防止止漏间隙不当导致振动情况，需要对叶片固有频率与卡门涡频率进行改变。

在实际运作中，我们可以发现对外止漏环间隙进行适当增大，可以让机组振动得到有效减小，这主要是因为转轮偏心运动会因为间隙的增大而减弱，进而影响转轮背面止漏环间隙压力。

与此同时，通过对补气孔面积进行增加处理，也可以有效防止因冒水而导致尾水位抬高现象出现。

（二）机械原因造成振动处理措施
针对机械原因所造成的振动，可以采用提升同心度与精密度等方法对其进行处理。

以新庄水电站水轮机组为例进行分析，新庄水电站处于我国陕西省泾阳县燕王乡新庄村，主要是利用泾河水源，在泾惠渠南干渠一号跌水所建设的渠道引水式水电站。

在该水电站中，共安装有两台ZDK283-LH-120型水轮发电机组，其设计水头是12m，设计流量是16.4m3/s，其设计年发电量是768万度。

发电设备组成部分主要包含了变压器、水轮发电机组、真空开关以及线路等，电站规模为二级小型电站。

采用水轮机为立式、轴流定桨式水轮机，其最高、最低水头分别为12m、10m，出力为800kW，流量为8.5m3/s，最高效率为83%，在转速规定范围上，其额定为428.6r/min，飞逸为847.8r/min，过速度主要为115%，过速、低速限制分别为140%、35%，吸出高程Hs主要为-1m，转轮直径为1200mm。

在运行过程中，1#水轮机组产生较大振动情况，上机架最大振动幅度达到了0.15mm，工作人员针对此情况检查机组定子、转子磁极以及机架紧固螺丝等部位，在对此类因素进行排查后，通过振动测试的方法检查机组各种运行状态。

经过变速试验，发现在此过程中，其具有明显的振动变化，其最大振幅可以超过0.07mm，也就是说，在水轮机组振动过程中，机械原因为主要因素。

利用带负荷试验与空载试验中的励磁电流恒定测试，发现对于振动来说，励磁电流和有功负荷都会对此造成影响。

实际测试1#水轮机组水轮机导轴承间隙，发现轴瓦间隙具有较大变化，其最大间隙大于0.45mm，之后可以重新调整机组上导和下导轴承间隙，保证此间隙在标准范围之内。

在启动水轮机组后，可以测试振动机组状态，发现最大振幅在0.04mm之内，消除了振动现象，对此水电站振动问题做到合理解决，保证了水轮机组运行的安全性、稳定性。

（三）电气原因造成振动处理措施
针对电气原因造成的水轮机组振动情况，需要对其进行定期的检修测试，在水轮机组的运行过程中，针对电气原因造成的振动问题要做到早发现早解决，同时，需要对电气方面的监控保护力度予以加强，找到电气原因造成的电气故障，對其进行有效处理。

遵循定子线圈工艺过程交流耐压标准，定子试验项目及标准，
单个磁极、引线、集电环、刷架交流耐电压标准与绝缘要求以及转子绕组试验项目及标准，水轮发电机机组各部位振动允许值可以对水轮机组进行电气试验。

在试验过程中，主要项目包含了调速器无水开闭导叶试验、蜗壳冲水试压、机组空转、带负荷试验、甩负荷试验、发电机开停机试验等，同时，需要对水电发电机组全摆渡、净摆渡、倾斜值进行计算，对摆渡大小与方位进行分析，对绝缘垫刮削厚度进行计算，调整处理机组轴线，在水轮机转轮出厂之前与大修之后，需要对其进行静平衡试验。

除此之外，还需要进行接力器拉紧度试验、引水系统充水试验、锁定投、退试验等。

在引水系统充水试验中，试验目的主要为检查引水系统充水时间，在操作过程中，需要检查机组油压装置工作的正常性，对引水系统充水时间进行仔细记录。

结论：
综上所述，水力原因、机械原因与电气原因均会让水轮发电机组出现振动情况，对此，水电站维护人员、运行管理人员需要通过振动试验来增强机组振动原因排查力度，针对振动情况产生具体原因来制定解决措施，让事故影响得到减轻，保证水轮发电机组运行的稳定性和安全性，保证水电厂运行经济效益。

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