水力發(fā)電機組運行中振動的原因分析

周玉安

摘 ?要：水力發(fā)電現(xiàn)在已經(jīng)成為主要發(fā)電方式，發(fā)電機組運行效率則是影響生產(chǎn)效率的主要因素。水利發(fā)電機組功率大，并且結構復雜，在運行時很容易受外界因素影響，其中振動為最常見問題。因此需要從技術角度分析，確定造成機組運行振動問題產(chǎn)生的原因，并有針對性的采取措施進行優(yōu)化，最大程度上消除振動故障產(chǎn)生的影響。文章對水力發(fā)電機組振動危害進行了分析，并針對問題原因提出了相應的優(yōu)化措施。

關鍵詞：水力發(fā)電;機組;振動

中圖分類號：TM769 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0064-01

為貫徹落實可持續(xù)發(fā)展原則，需要在現(xiàn)有基礎上來加大對水電生產(chǎn)模式的研究，提高其生產(chǎn)效率。發(fā)電機組是影響水電生產(chǎn)效率的主要因素之一，其運行對技術性要求十分嚴格，在日常生產(chǎn)中必須要嚴格按照規(guī)范進行操作，減少各類問題產(chǎn)生的概率。尤其是最為常見的振動問題，應結合以往實踐經(jīng)驗，從不同角度進行分析，確定振動問題產(chǎn)生的原因，并基于此來選擇優(yōu)化方案，爭取提高機組運行穩(wěn)定性與可靠性。

1 ?水電發(fā)電機組振動問題分析

我國水電項目建設日益完善，逐漸有更多新型設備與技術被應用其中，水電站水輪發(fā)電機組容量增大，相應的機組結構更為復雜，運行與管理也更為要求。為確保發(fā)電機組持續(xù)穩(wěn)定運行，需要結合其結構特點對常見問題進行分析，其中振動作為常見問題，需要重點分析。如果機組振頻率超出規(guī)定，將會產(chǎn)生較大危害，例如會導致機組各連接部件松動，加劇了轉動部分與靜止部分之間的摩擦，進而容易出現(xiàn)掃膛情況而損壞機器[1]。設備磨損程度加大，使得軸瓦溫度升高容易被燒壞。并且，振動過大還會導致機組零部件金屬與焊縫之間疲勞破壞區(qū)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(fā)電機運行效率的而影響。

2 ?水力發(fā)電機組振動機械原因與處理措施分析

2.1 ?機械軸線因素

機械軸線不正或者對中不良會加劇發(fā)電機組振動加劇，降低其運行穩(wěn)定性，在生產(chǎn)過程中比較常見，需要及時采取措施進行處理。發(fā)電機上端軸與轉子中心體不同心、發(fā)電機軸與轉子中心體不同心以及水輪機軸與發(fā)電機軸軸心不正等，均會導致機組出現(xiàn)振動問題[2]。要求加強對機組各機組部位的管理，在安裝階段需要嚴格按照專業(yè)規(guī)范來進行，確保所有細節(jié)均滿足要求，提高設備選擇與安裝效率。

2.2 ?機組支撐因素

如果發(fā)電機組支撐結構靜態(tài)剛度較低，這樣在生產(chǎn)運行過程中很容易受外力影響而出現(xiàn)較大的變形。同樣如果其動態(tài)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(chǎn)生較大的振動。就我國水電建設生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，存在因為機座、負荷機架以及磁軛等部件剛度不足，導致機組固有頻率過低而出現(xiàn)運行振動的問題[3]。并且當燈泡貫流式水輪發(fā)電機組支撐結構或者軸系剛度較低時，情況嚴重的甚至還會出現(xiàn)發(fā)電機轉子掃膛事故，降低生產(chǎn)安全性。因此在面對此類問題時，必須要保證機組支撐結構具有足夠的靜、動態(tài)剛度，滿足機組穩(wěn)定運行要求，避免為降低投資成本而減小安全裕度。

2.3 ?轉動部件因素

轉動部件故障是影響水輪發(fā)電機運行穩(wěn)定性的常見原因，其主要包括靜態(tài)與動態(tài)兩類。其中動態(tài)質量不平衡即發(fā)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位移，造成機組旋轉質量平衡性降低。在加上部分機組轉速高并且轉子較長，在運行過程中也會出現(xiàn)不平衡力偶問題。通過對此方面因素的分析，需要重點做好轉動部件的選擇與安裝，保證各細節(jié)實施效率，并采取可靠措施來防止磁軛運行時產(chǎn)生的不均勻徑向外移。另外，還可以選擇用檢測儀器與平衡重配置軟件，對各部件進行現(xiàn)場平衡試驗，對不平衡部位進行處理。

3 ?水力發(fā)電機組振動電氣原因與處理措施分析

3.1 ?靜態(tài)氣息因素

對于水力發(fā)電機，在安裝時如果定、轉子不同心，或者發(fā)電機定子與轉子不圓，在后期運行過程中很容易出現(xiàn)氣隙不均勻問題。此類問題發(fā)生后會影響氣隙磁場均勻性，在定子上產(chǎn)生相對靜止單邊磁拉力或者周期性交變磁拉力，并在轉子上產(chǎn)生周期性交變性磁拉力，進而造成機組振動。想要消除此類因素影響，就需要采取措施來消除在靜態(tài)氣息不均勻問題，即機組安裝與運行前需要準確測量發(fā)電機轉子圓度，并利用墊片設置在磁極與磁軛間進行調整，同時還可以增加上機架徑向支撐剛度，以及提高動態(tài)平衡精度。

3.2 ?動態(tài)氣息因素

發(fā)電機轉子磁極在運行過程中出現(xiàn)松動后，會造成動態(tài)氣隙不均勻，最小氣隙空間位置不斷變化，進而引起機組運行振動。并且燈泡貫流式水輪發(fā)電機一般設計氣隙較小，制造、運輸、安裝等會環(huán)節(jié)中也會造成氣隙失圓、偏心不均以及氣隙軸向成喇叭狀等問題，進而會影響機組運行穩(wěn)定性[4]。因此需要加強對機組部件設計、制作與安裝等環(huán)節(jié)的管理，確保其可以滿足水利發(fā)電機組實際生產(chǎn)需求。同時還需要編制合理管理方案，即對機組日常運行進行有效控制，做好檢修工作，避免發(fā)電機轉子磁極在運行過程中出現(xiàn)松動情況。

3.3 ?三相負荷因素

在實際水電生產(chǎn)過程中，發(fā)電機組經(jīng)常會出現(xiàn)三相負荷不對稱問題，即發(fā)電機定子單向接地或者兩相短路時，便會出現(xiàn)三相負荷不對稱問題。當負荷不平衡時，三相繞組會產(chǎn)生負序電流，產(chǎn)生負序旋轉磁場。一旦負序磁場正對發(fā)電機縱軸時，較小氣隙會增大轉子間作用力;一旦一旦負序磁場正對發(fā)電機橫軸時，較大氣隙會減小轉子間作用力。

因此負序磁場造成定轉子間作用力忽大忽小，便會造成定子機座與轉子出現(xiàn)振動問題。針對此種問題，需要設置發(fā)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(chǎn)生較大感應電流，對負序磁場進行削弱，來減少產(chǎn)生的負序電流，避免出現(xiàn)振動問題。

4 ?水力發(fā)電機組振動水力原因與處理措施分析

4.1 ?水力不平衡

在造成發(fā)電機組振動的水力因素中，以水利不平衡影響最為明顯，主要是因為液態(tài)水產(chǎn)生的力量穩(wěn)定性差，其在不斷變化的過程中，對水力發(fā)電機組運行產(chǎn)生的影響也就不同，存在平衡性差特點。

在不同季節(jié)、時段，水流速不同，其對發(fā)電機組產(chǎn)生的影響力不穩(wěn)定，進而會導致機組轉輪產(chǎn)生振動。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(jù)不同季節(jié)、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(chǎn)生的影響。

4.2 ?尾水管渦帶

當水輪機與最優(yōu)工況相差較大時，即便會存在尾水管渦問題，一般情況下尾水管渦帶工況范圍較大，從相應水頭下最優(yōu)流量0.4～0.8倍內。尾水管渦會造成管內水壓脈動，增大機組運行噪聲、擺動與振動幅度，情況嚴重的甚至會造成水電站廠房共振。針對此類問題，在安裝設備時，混流式轉輪應選擇負傾角翼型模式，以及最優(yōu)化上冠與泄水錐形線。高水頭混流式水輪機則可以選擇用帶副葉的轉輪，同時應向渦帶運行去進行軸中心自然補氣處理。

5 ?結 ?語

以提高水力發(fā)電機組運行穩(wěn)定性為目的，需要對常見振動問題進行分析，確定問題發(fā)生的原因，有的放矢選擇解決措施。從技術角度出發(fā)，對不同影響原因進行分析研究，加強設備安裝與運行管理，爭取不斷提高水電生產(chǎn)綜合效率。

參考文獻：

[1] 吳哲.水力發(fā)電機組軸系振動特性及其對廠房振動的影響[D].昆明：

昆明理工大學，2014.

[2] 張松松.小型混流式水輪發(fā)電機組振動試驗與分析[D].邯鄲：河北工 ? 程大學，2014.

[3] 白慶民.淺談水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生的原因[J].技術與市場，

2015，（7）.

[4] 王玉坤.水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生的原因分析[J].中國新技術 ? 新產(chǎn)品，2009，（21）.