關(guān)于水電機(jī)組故障振動測試的分析研究

吳可君

（哈爾濱大電機(jī)研究所，黑龍江哈爾濱 150040）

關(guān)于水電機(jī)組故障振動測試的分析研究

吳可君

（哈爾濱大電機(jī)研究所，黑龍江哈爾濱 150040）

故障振動分析技術(shù)是確保水輪機(jī)組安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際水輪機(jī)組運(yùn)行中，如何進(jìn)一步完善和發(fā)展水輪機(jī)組故障振動分析技術(shù)，對確保水電機(jī)組安全、平穩(wěn)運(yùn)行有著重要意義。分析水電機(jī)組的故障振動測試對于保障水電機(jī)組高效平穩(wěn)運(yùn)行，保證我國水利資源開發(fā)利用的效率，有著重要的作用。

水電機(jī)組 故障振動 振動測試 分析

1　水輪機(jī)組故障振動的危害分析

（1）誘發(fā)發(fā)電機(jī)組各連接部件松動，使各轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞，如大軸劇烈擺動可使大軸與軸瓦摩擦加劇溫升，燒毀軸瓦。

（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動過大加劇滑環(huán)與電刷磨損，致使電刷產(chǎn)生火花并不斷增大甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)著火事故。

（3）尾水管中形成的過大渦流脈動壓力導(dǎo)致尾水管壁產(chǎn)生裂紋甚至裂縫，嚴(yán)重時可能破壞整體尾水設(shè)施。

（4）引起機(jī)組金屬結(jié)構(gòu)和焊縫的疲勞破壞區(qū)的形成和擴(kuò)大，從而產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂破壞、報廢。

（5）若現(xiàn)場振源頻率與發(fā)電機(jī)組某固有頻率接近時，產(chǎn)生共振，誘發(fā)機(jī)組出力大幅度變化，可能導(dǎo)致機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列，甚至使廠房及水工建筑物遭受損壞。

2　水輪機(jī)組故障振動的原理

2.1漸變性損耗

水輪機(jī)組在實(shí)際使用中，由于水質(zhì)和當(dāng)?shù)厮臈l件等原因?qū)е滤髦袛y帶大量泥沙，這些泥沙流經(jīng)埋在水下的機(jī)組部件時，由于其日積的摩擦作用極易對水下部件造成磨損和腐蝕，磨損和腐蝕達(dá)到一定程度就會導(dǎo)致水電機(jī)組發(fā)生振動故障。

2.2機(jī)械故障導(dǎo)致振動

水輪機(jī)組由于設(shè)計和安裝條件的復(fù)雜性，往往會出現(xiàn)機(jī)組部件設(shè)計安裝不合理的現(xiàn)象。一旦這種現(xiàn)象發(fā)生，往往會導(dǎo)致機(jī)械磨損的發(fā)生產(chǎn)生振動。比如機(jī)組轉(zhuǎn)子部分因不平衡、 彎曲或部件脫落等造成的振動；機(jī)組對中不良、法蘭連接不緊或固定件松動；機(jī)組固定部分與旋轉(zhuǎn)部分相碰摩；軸承間隙過大或推力軸承調(diào)整不良等原因而引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定運(yùn)動。

2.3電磁力引起機(jī)組振動

電磁力引發(fā)機(jī)組振動是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)部分電磁力變化，其主要是由于機(jī)械旋轉(zhuǎn)性故障和發(fā)電機(jī)故障導(dǎo)致。由于發(fā)電機(jī)內(nèi)器隙不均勻、發(fā)電機(jī)不對稱工作等。發(fā)電機(jī)故障也是導(dǎo)致水輪機(jī)振動原因之一，一旦發(fā)電機(jī)內(nèi)次級線圈匝間短路則會造成嚴(yán)重的電磁力變化從而導(dǎo)致水輪機(jī)組劇烈振動，不僅引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分振動，也將激起發(fā)電機(jī)定子及支承等固定部分振動。針對這些故障的處理要仔細(xì)核對分析找到根源，然后有針對性的進(jìn)行處理。

3　水輪機(jī)組故障振動測試的方法

在對水輪機(jī)組故障振動進(jìn)行檢測時，常用的有變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、變勵磁試驗(yàn)、變負(fù)荷試驗(yàn)三種手段。這三種手段使用的主要分析儀器包括傳感器、放大器、分析儀和顯示記錄設(shè)備。三種方法的目的是為了掌握機(jī)組運(yùn)行時振動的基本規(guī)律，通過對振動規(guī)律的具體分析確定水輪機(jī)組故障振動的產(chǎn)生原因。分析儀器中傳感器分為加速度傳感器、位移傳感器、速度傳感器和力傳感器等四類。放大器的使用是為了將傳感器輸出的電信號進(jìn)一步放大并提供給分析儀器從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，顯示器主要是指在實(shí)驗(yàn)和分析過程中所用到的計算機(jī)、電子示波器、數(shù)字式指示儀等。常用的記錄設(shè)備有計算機(jī)、光線示波器、磁帶記錄儀等。運(yùn)用這些儀器和手段我們可以采取以下幾種方法對故障振動情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

3.1機(jī)械式儀表測振法

機(jī)械式儀表主要有裝有筆式記錄裝置的測振儀、千分表、機(jī)械式示振儀，主要用來測量位移，適應(yīng)于低頻范圍。

筆式記錄測振法：通過裝有筆式記錄裝置的測振儀測量機(jī)械振動的時間歷程，經(jīng)過比較分析測得振動的頻率、周期、波形和相位。

千分表法：用橋式起重機(jī)吊一重物（此重物相對機(jī)組來說是相對靜止的），將千分表固定在重物上，千分表的測桿觸頭緊緊頂住機(jī)組被測部位，測得振動的振幅。若找不到不受振動影響的靜止固定點(diǎn)時，可采用千分表和重物等部件構(gòu)建的慣性式機(jī)械測振儀，帶有千分表的機(jī)械測振儀振動頻率測量范圍一般在12Hz以下。

3.2電測法測振法

電測法是利用應(yīng)變片式測振傳感器等傳感器，將振動量轉(zhuǎn)換成電量，通過放大器放大，由示波器予以記錄，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該方法靈敏度高，頻率范圍廣，便于讀數(shù)和分析，容易實(shí)現(xiàn)遙測和自動控制，應(yīng)用較廣，但是易受外界電磁場干擾，測量時必須采取屏蔽措施。

3.3光電法測振法

光電法是利用光電式傳感器將被測量的振動轉(zhuǎn)化為光信號，再利用光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行測量。

4　水輪機(jī)組振動的預(yù)防

4.1強(qiáng)化水輪機(jī)設(shè)計，減少因機(jī)械原因產(chǎn)生故障振動的概率

（1）每一個可能引起質(zhì)量不平衡的部件在設(shè)計時必須采取配重措施，提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝質(zhì)量，盡可能減小轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量。采用先進(jìn)儀器和平衡配重軟件，進(jìn)行現(xiàn)場平衡試驗(yàn)，消除機(jī)組轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量不平衡。

（2）設(shè)計時采取措施防止因磁軛不均勻產(chǎn)生的徑向位移。

（3）確保大型機(jī)組支承結(jié)構(gòu)有足夠的動、靜剛度。

（4）確保制造、安裝過程中定子、轉(zhuǎn)子圓度和同心度要求。

（5）發(fā)電機(jī)定子采用分?jǐn)?shù)組繞組時，進(jìn)行次諧波振動、噪聲分析及核算。

（6）優(yōu)化分?jǐn)?shù)槽定子的接線方式，盡量減小次諧波的量級。

（7）使定子機(jī)架固有頻率盡量避開二倍極頻。

（8）零部件的固有頻率應(yīng)主動避開現(xiàn)場振源頻率。

（9）提高制造和安裝質(zhì)量，減小產(chǎn)品誤差，減少振源。

4.2引進(jìn)水輪機(jī)檢測系統(tǒng)，加強(qiáng)對水輪機(jī)故障振動的監(jiān)控力度

水輪機(jī)故障振動監(jiān)測已經(jīng)朝著自動化、精密化發(fā)展。無論國際國內(nèi)水輪機(jī)故障檢測診斷系統(tǒng)的運(yùn)用已基本成熟，我們可以將故障檢測和診斷系統(tǒng)引入日常生產(chǎn)，不僅能夠有效避免意外事故的發(fā)生，還能為操作人員對機(jī)組檢修和維護(hù)的及時性和準(zhǔn)確性提供保證。水輪機(jī)在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和運(yùn)用時，要在考慮場區(qū)工程特點(diǎn)的前提下針對電廠的運(yùn)營特點(diǎn)進(jìn)行合理性設(shè)計，在確保降低投資成本的前提下設(shè)計出有效的水輪機(jī)故障振動檢測系統(tǒng)。

綜上所述，通過對水輪機(jī)組故障振動測試的原因和方法進(jìn)行分析，得出一系列行之有效的水輪機(jī)組故障振動測試和分析方法，針對這些方法在日常發(fā)電生產(chǎn)時要做到綜合利用，合理整合成一套適合企業(yè)水輪機(jī)組故障振動測試辦法，并且將辦法切實(shí)的貫徹到日常的水輪機(jī)發(fā)電、保養(yǎng)和維護(hù)工作中。

［1］王玲花.水輪發(fā)電機(jī)組振動及分析［M］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［2］劉華庚.淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動的原因及危害［J］.甘肅科技，2012，26（7）：65—66.

吳可君（1962—），男，1987年哈爾濱電工學(xué)院（夜大）工業(yè)電氣自動化專業(yè)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)哈爾濱大電機(jī)研究所水輪機(jī)室從事儀表、測試及自動化工作。