可逆式抽水蓄能機(jī)組振動(dòng)測(cè)量、評(píng)估和保護(hù)設(shè)定研究

王憲平，趙 江

（上海福伊特水電設(shè)備有限公司，上海市 200240）

可逆式抽水蓄能機(jī)組振動(dòng)測(cè)量、評(píng)估和保護(hù)設(shè)定研究

王憲平，趙 江

（上海福伊特水電設(shè)備有限公司，上海市 200240）

中國(guó)已經(jīng)成為世界抽水蓄能大國(guó)。與常規(guī)機(jī)組相比，抽水蓄能機(jī)組具有轉(zhuǎn)速高、容量大（特別是2000年之后新建的電站）和機(jī)組軸線較長(zhǎng)的特點(diǎn)，通常擔(dān)任負(fù)荷中心調(diào)峰（經(jīng)常在部分負(fù)荷運(yùn)行）、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)，機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性就變得更加重要。但目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)尚未針對(duì)可逆式抽水蓄能機(jī)組制定專用的機(jī)械振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)多是根據(jù)常規(guī)機(jī)組制定的，應(yīng)用于可逆式抽水蓄能機(jī)組存在一些問題：首先，國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于運(yùn)行工況的規(guī)定不一致；其次，有些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況存在較大差異。本文通過對(duì)現(xiàn)有國(guó)際和國(guó)內(nèi)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)已建抽水蓄能電站的經(jīng)驗(yàn)，給出了振動(dòng)測(cè)量參數(shù)選擇、振動(dòng)大小評(píng)估的方法和保護(hù)整定值的設(shè)定建議，以供相關(guān)設(shè)計(jì)院、建設(shè)單位、運(yùn)行單位和設(shè)備供應(yīng)商參考。

抽水蓄能電站；機(jī)組振動(dòng)；測(cè)量、評(píng)估和保護(hù)設(shè)定

0 引言

中國(guó)的抽水蓄能電站，無(wú)論從裝機(jī)臺(tái)數(shù)、單機(jī)規(guī)模和技術(shù)難度（水頭、轉(zhuǎn)速和單機(jī)容量）都已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。展望今后的發(fā)展趨勢(shì)，一大批大容量、高水頭和高轉(zhuǎn)速的可逆式抽水蓄能機(jī)組將逐步投入建設(shè)和運(yùn)行。但目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)尚未針對(duì)可逆式抽水蓄能機(jī)組制定專用的機(jī)械振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)多是根據(jù)常規(guī)機(jī)組制定的，應(yīng)用于可逆式抽水蓄能機(jī)組存在一些問題。首先是國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于運(yùn)行工況的規(guī)定不一致，現(xiàn)有的國(guó)際和部分國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)給出的限值都是針對(duì)發(fā)電工況70%～100%額定出力范圍的“穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況”的標(biāo)準(zhǔn)；而大多數(shù)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在考核機(jī)組穩(wěn)定性時(shí)是指“正常運(yùn)行工況”（50%～100%額定出力，包括空載工況），也叫“穩(wěn)定運(yùn)行工況”。其次，一部分指標(biāo)與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況存在較大差異。電站如果僅按照振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定（50%～100%）的保護(hù)整定值則會(huì)造成頻繁跳機(jī)，為了避免頻繁誤跳機(jī)，保護(hù)整定值又設(shè)置偏大，某些情況下失去了保護(hù)機(jī)組的作用，給電站安全運(yùn)行帶來隱患和風(fēng)險(xiǎn)。本文通過對(duì)現(xiàn)有國(guó)際和國(guó)內(nèi)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和研究，參考部分國(guó)內(nèi)已建抽水蓄能電站的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果，提出了有關(guān)振動(dòng)測(cè)量參數(shù)選擇、振動(dòng)大小評(píng)估方法和保護(hù)整定值設(shè)定的建議。

1 振動(dòng)的定義

1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)

轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)系指機(jī)組主軸的徑向相對(duì)振動(dòng)，俗稱主軸擺度，單位用微米（μm）或毫米（mm）。通常，主軸在水導(dǎo)處測(cè)得的擺度、在發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)處測(cè)得的擺度和在下導(dǎo)處測(cè)得的擺度，依次簡(jiǎn)稱為水導(dǎo)擺度、上導(dǎo)擺度和下導(dǎo)擺度。

1.2 固定部件的振動(dòng)

固定部件的振動(dòng)主要指水輪機(jī)頂蓋的振動(dòng)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)上機(jī)架和下機(jī)架的振動(dòng)，測(cè)量單位有兩種，一種是速度量Vrms（速度均方根值），單位為mm/s，另一種是位移量，單位為μm。振動(dòng)傳感器通常安裝在其軸承座（支架）上。國(guó)內(nèi)多采用位移量，國(guó)外多采用速度量。

在新的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，對(duì)采用速度量還是位移量存在爭(zhēng)議：原ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)速度量和位移量均采用，對(duì)300r/min轉(zhuǎn)速以下推薦測(cè)位移量，300r/min轉(zhuǎn)速及以上推薦測(cè)速度量； 新標(biāo)準(zhǔn)則全部采用速度量（從結(jié)構(gòu)受力和疲勞損傷角度）不再采用位移量。國(guó)內(nèi)和俄羅斯專家傾向采用位移量。

值得一提的是，如果采用速度量的話，需要對(duì)動(dòng)靜干涉造成的頂蓋振動(dòng)速度值大的問題進(jìn)行濾波處理。因?yàn)?，?duì)于高水頭、高轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)而言，無(wú)葉區(qū)的壓力脈動(dòng)（也即葉片過流頻率及其倍頻）造成頂蓋振動(dòng)的速度值大（有些遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)值）、頻率高，經(jīng)分頻處理，可以看出通常是單一的2倍或3倍的葉片過流頻率（取決于葉片數(shù)和導(dǎo)葉數(shù)的組合），但位移值小，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力低，它不是由于轉(zhuǎn)輪徑向水推力造成的對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大應(yīng)力的振動(dòng)，在機(jī)組的壽命周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生由動(dòng)靜干涉高頻振動(dòng)引起的疲勞破壞問題。反之，對(duì)于中、低水頭混流式水輪機(jī)而言，活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪葉片之間的距離相對(duì)較大，動(dòng)靜干涉的影響較小，無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)造成的頂蓋振動(dòng)速度值較小，但由于結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較低，實(shí)測(cè)位移值較大。

因此，為便于分析，現(xiàn)階段還是應(yīng)同時(shí)考慮輸出速度量和位移量。對(duì)異常情況，經(jīng)頻譜分析后進(jìn)行診斷和處理?？梢园捶诸l后的優(yōu)勢(shì)頻率（fi，Hz）將速度量峰峰值（Vi，mm/s）換算成位移量峰峰值（Sp-p，um）[1]。通常采用ISO 20816-1：2016附錄A.4的公式。

這對(duì)分析和處理采集到的中高速機(jī)組由于轉(zhuǎn)輪葉片動(dòng)靜干涉頻率及其倍頻引起的頂蓋水平振動(dòng)速度量非常重要。

2 振動(dòng)的測(cè)量

振動(dòng)大小的評(píng)定依賴測(cè)量，測(cè)量的關(guān)鍵是傳感器的參數(shù)選擇和產(chǎn)品的可靠性問題。振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)一般均指通頻值（混頻值），它包括所有的相關(guān)的頻率成分。對(duì)測(cè)得的通頻信號(hào)經(jīng)傅里葉變化（FFT）后可以得到單一頻率頻譜。對(duì)較高頻率需要分析其動(dòng)態(tài)響應(yīng)大小或幅值大小，以便決定某一頻率是否為引起高動(dòng)態(tài)應(yīng)力（振幅）的相關(guān)頻率。

傳感器頻響范圍應(yīng)覆蓋被測(cè)部件需要關(guān)注的頻率范圍，也即“感興趣的頻率”范圍，也可簡(jiǎn)稱“物理頻率”。如果太窄，則難以準(zhǔn)確測(cè)得所關(guān)注的頻率。通常選擇傳感器的頻響范圍較大，有些情況下會(huì)包括了不相關(guān)的高頻信號(hào)，經(jīng)分頻分析研究后，可以采取濾波的方法去除這些不相關(guān)的高頻信號(hào)?？紤]到傅里葉變換的需要，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率應(yīng)至少為2.56倍的被測(cè)部件的最大“物理頻率”，一般按照3倍考慮。

傳感器其他要求應(yīng)按GB/T 11348.1[2]、GB/T 17189[3]和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出的基本準(zhǔn)則。

2.1 主軸擺度的測(cè)量

主軸擺度采用非接觸式位移傳感器測(cè)量，通常選用電渦流傳感器，輸出量是振動(dòng)位移量的通頻值。

ISO-IEC 20816-5[4]給出了如下的“物理頻率”估算范圍（通用于各種機(jī)組型式，燈泡式、軸流式、混流式和水泵水輪機(jī)）：

式中fn——轉(zhuǎn)頻，Hz；

ZG——活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)。

左側(cè)部分旨在包含尾水管大渦帶的頻率，通常范圍約為（0.2～0.4）fn，右側(cè)部分則是理論上預(yù)測(cè)的最大“物理頻率”。工程實(shí)踐表明，除了軸承間隙之外，對(duì)水導(dǎo)擺度影響較大的是機(jī)組啟動(dòng)和空載工況下的葉道渦以及部分負(fù)荷下的尾水管大渦帶，對(duì)上導(dǎo)擺度和下導(dǎo)擺度影響較大的是機(jī)組轉(zhuǎn)頻（由轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)不平衡引起），動(dòng)靜干涉一般情況下對(duì)擺度影響不大。因此，“物理頻率”采用（0.1～1）fn即可。目前市場(chǎng)上電渦流傳感器的頻響范圍都可以滿足擺度測(cè)量的需要。

2.2 固定部件的振動(dòng)的測(cè)量

固定部件的振動(dòng)采用接觸式傳感器測(cè)量。通常選用速度傳感器或加速度傳感器，輸出量可以是位移也可以是速度。

對(duì)于振動(dòng)位移測(cè)量，通常采用速度傳感器（為慣性式磁電傳感器，帶硬件積分功能、輸出振動(dòng)位移）測(cè)量，得到振動(dòng)位移峰—峰值Sp-p，單位為μm。

ISO-IEC 20816-5[4]給出了如下的“物理頻率”估算范圍：

式中fn——轉(zhuǎn)頻，Hz；

ZR——轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)。

左側(cè)部分也是旨在包含尾水管大渦帶的頻率，右側(cè)部分則也是理論上預(yù)測(cè)的最大“物理頻率”。工程實(shí)踐表明，對(duì)固定部件振動(dòng)影響較大的是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的徑向力和無(wú)葉區(qū)的動(dòng)靜干涉，而尾水管渦帶對(duì)固定部件的振動(dòng)影響不大。

對(duì)于振動(dòng)速度測(cè)量，通常采用速度傳感器，一般為慣性式磁電傳感器，直接輸出振動(dòng)速度，得到振動(dòng)速度（均方根）V（Vrms），單位為mm/s，或用加速度傳感器（壓電式或其他），輸出經(jīng)一次積分后為振動(dòng)速度量，單位為mm/s。

2.3 振擺在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用

新建電站大部分都安裝了新的振擺在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其功能日臻完善。有些系統(tǒng)，主要是一些老系統(tǒng)，由于其獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)之外，往往需要的一些參數(shù)未能接入，還需要逐步完善或更新改造。目前存在的主要問題是可靠性有待提高，實(shí)用性有待改進(jìn)。

振擺在線監(jiān)測(cè)目前存在重測(cè)量輕分析和評(píng)估的問題。造成這些問題的根源是目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)還沒有成熟的用于全工況評(píng)價(jià)振擺大小的標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)頒布的標(biāo)準(zhǔn)存在應(yīng)用上的局限性，實(shí)用性不高和存在相互矛盾和容易誤解的地方。

3 振動(dòng)的評(píng)估

如何對(duì)機(jī)組振動(dòng)的大小進(jìn)行合理的評(píng)估，目前主要有以下兩種方式：一是在招、投標(biāo)階段以及在合同談判、簽署的技術(shù)規(guī)范里面大都是引用各種已經(jīng)頒布的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的振動(dòng)和擺度幅值，在此暫稱之為“評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Ⅰ”；二是電站調(diào)試期間和投產(chǎn)以后較多采用的是實(shí)測(cè)的振動(dòng)幅值過程線作為基準(zhǔn)，并以相對(duì)于基準(zhǔn)的變化量大小來評(píng)價(jià)實(shí)際振動(dòng)幅值，稱之為“評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Ⅱ”。

機(jī)組調(diào)試期間和投產(chǎn)以后，嚴(yán)格采用“評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Ⅰ”的案例是很少的，這是由于嚴(yán)格遵循“評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Ⅰ”往往與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況存在較大差異，其中既有運(yùn)行范圍的矛盾（如究竟負(fù)荷范圍是70%～100%還是50%～100%，是否包括空載工況等），也有現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定振動(dòng)幅值不合理的問題，這些問題對(duì)于可逆式抽水蓄能機(jī)組尤其突出。

現(xiàn)實(shí)的情況則是機(jī)組調(diào)試期間和投產(chǎn)以后大多采用的是“評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Ⅱ”的原則，但往往僅是結(jié)合機(jī)組的實(shí)測(cè)數(shù)值，同時(shí)參照類似電站的實(shí)踐，對(duì)水輪機(jī)的“穩(wěn)定運(yùn)行范圍（50%～100%負(fù)荷）” 整定其報(bào)警和跳機(jī)值，并延時(shí)后用于機(jī)組的保護(hù)，而對(duì)特殊工況就沒有設(shè)置保護(hù)。

客觀地講，對(duì)機(jī)組振動(dòng)的評(píng)估不像機(jī)組的效率、功率、溫度、空蝕那樣可以作為一個(gè)目標(biāo)參數(shù)，根據(jù)理論分析計(jì)算、模型試驗(yàn)以及生產(chǎn)制造工藝、安裝工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制等技術(shù)手段進(jìn)行預(yù)測(cè)和量化的具體參數(shù)。它是一個(gè)涉及設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行的綜合因素的結(jié)果，是一個(gè)尚無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)而只能采用統(tǒng)計(jì)分析的方法給出參考值并結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況進(jìn)行的評(píng)價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)里的振擺數(shù)值是基于對(duì)收集到的機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后給出的結(jié)果，類似于人的血壓和心率的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振擺限值是不宜作為強(qiáng)制性要求的，其宗旨是對(duì)振擺大小進(jìn)行合理地評(píng)估以便采取必要的檢查和處理措施。

值得一提的是，機(jī)組振動(dòng)幅值偏大與短路、過電流、過電壓、斷水、定子繞組、軸承溫度升高等故障不一樣，不會(huì)對(duì)機(jī)組立即造成損壞。所以，振動(dòng)幅值超標(biāo)一般還算不上故障。只要不引起機(jī)組和廠房結(jié)構(gòu)的共振，從而不影響機(jī)組和廠房的安全（國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)過此類嚴(yán)重的共振問題，最終不得不通過機(jī)組改造來解決），均可根據(jù)機(jī)組的統(tǒng)計(jì)規(guī)律允許在相對(duì)合理的范圍內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行。

對(duì)于振動(dòng)幅值相對(duì)較大的案例，特別是在振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)之外的機(jī)組或數(shù)量很少的機(jī)組，由于缺少足夠的數(shù)據(jù)，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這就需要進(jìn)行專業(yè)地分析和檢查，找到原因，采取必要的措施進(jìn)行處理。

振動(dòng)是否會(huì)造成部件的疲勞破壞，需要具體問題具體分析。疲勞破壞是在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)由高于材料疲勞強(qiáng)度的交變大荷載或高頻低荷載造成的。除共振外，通常情況下高頻振動(dòng)引起的動(dòng)應(yīng)力幅值較小，其對(duì)室溫環(huán)境下材料的疲勞強(qiáng)度影響有限，不足以成為機(jī)組壽命周期內(nèi)疲勞破壞的主要原因。

4 振動(dòng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)綜述

4.1 國(guó)外情況

1997年之前，國(guó)際上還沒有頒布一個(gè)可供使用的水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)。ISO于1993年著手收集并建立振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)代表不同類型水輪機(jī)（水斗式、軸流式、混流式等）的1000多臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，隨后提出了以A、B、C、D四個(gè)區(qū)進(jìn)行分區(qū)的振動(dòng)限制值曲線和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。這就是1997年ISO頒布的第一版的ISO 7919-5：1997第5部分（用于軸振動(dòng)）[6]。之后于2000年又頒布了第一版ISO 10816：2000第5部分（用于軸承座振動(dòng)）[7]。

其后，收集到的機(jī)組的數(shù)據(jù)逐步增加，數(shù)據(jù)庫(kù)不斷擴(kuò)大，2005年ISO 7919-5進(jìn)行了改版成為第二版，其中最大的變化就是把老標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)小分區(qū)A、B、C、D改為了A-B和C-D兩個(gè)大分區(qū)；

此后從2007年開始，ISO和IEC聯(lián)合又著手將兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并，在世界各地總共召開了15次國(guó)際會(huì)議，其中兩次在中國(guó)（2010年10月在三峽工地，2016年10月在成都三峽大廈）。發(fā)展情況匯總見表1。

表1 ISO標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況匯總

4.2 國(guó)內(nèi)情況之一

（1）2002年，國(guó)內(nèi)頒布了根據(jù)ISO 7919-5：1997和ISO 10816-5：2000翻譯的完全等同的標(biāo)準(zhǔn)。

1）GB/T 11348.5—2002[8]《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定 第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》

2）GB/T 6075.5-2002[9]《在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng) 第 5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》

（2）2005年第二版的ISO 7919-5頒布后，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11348.5也于2008年相應(yīng)進(jìn)行了改版。GB/T 11348.5—2008《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定 第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》[8]。原2002年標(biāo)準(zhǔn)隨即廢止。相應(yīng)地，其中最大的變化也就是把老標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)小分區(qū)A、B、C、D改為了A-B和C-D兩個(gè)大分區(qū)。

（3）2016年11月1日，頒布了最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32584—2016《水力發(fā)電廠和蓄能泵站機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的評(píng)定》。該標(biāo)準(zhǔn)主要參照前期正在討論中的ISOIEC 20816：2016，并結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況成文。該標(biāo)準(zhǔn)亟需盡快修訂，以便與ISO-IEC 20816 ：2016 保持基本一致以及完善其他方面的問題。

4.3 國(guó)內(nèi)情況之二

（1）1988年，國(guó)內(nèi)獨(dú)立編制了GB 8564—1988《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。2003年對(duì)此進(jìn)行了修訂，并改為推薦性標(biāo)準(zhǔn) GB/T 8564—2003，已取代原標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)主要是由國(guó)內(nèi)電站建設(shè)單位、安裝單位和部分制造廠根據(jù)已建電站的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納形成實(shí)用性標(biāo)準(zhǔn)，30余年來，已經(jīng)成為其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和工程啟動(dòng)驗(yàn)收的依據(jù)，對(duì)我國(guó)的水電建設(shè)起到了非常重要的技術(shù)規(guī)范作用。

該標(biāo)準(zhǔn)的9.5.7中“表13機(jī)組軸線的允許擺度值（雙振幅）”給出了機(jī)組在安裝盤車時(shí)的擺度值，并在注4特別注明了“以上均指機(jī)組盤車擺度，并非運(yùn)行擺度”。

那么，機(jī)組在運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和擺度又是如何規(guī)定的呢？GB/T 8564—2003[10]在15.3.1中給出了以下規(guī)定：

“d）測(cè)量機(jī)組擺度（雙振幅），其值應(yīng)不大于75%的軸承總間隙?！?/p>

“e）測(cè)量機(jī)組振動(dòng)，其值不應(yīng)超過表41（見表2）的規(guī)定，如果機(jī)組的振動(dòng)超過表41的規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。”

表2（原表41） 水輪發(fā)電機(jī)組各部位振動(dòng)允許值 mm

顯然，這里規(guī)定的是“機(jī)組空載試運(yùn)行”時(shí)的振動(dòng)和擺度標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于擺度，這里75%的軸承總間隙，原則上是正確的。但是，實(shí)際上軸承的間隙是和軸承溫度密切相關(guān)的。機(jī)組安裝有記錄的安裝冷態(tài)總間隙，空載調(diào)試時(shí)，軸承溫度較低，間隙較大，大軸擺度就大；當(dāng)溫度升高穩(wěn)定以后，間隙變小，接近設(shè)計(jì)熱態(tài)間隙，取決于軸承的溫度和擺度大小，間隙可能需要再調(diào)整，最終運(yùn)行時(shí)的熱態(tài)間隙具體數(shù)值是多少則又無(wú)法測(cè)量，可按熱態(tài)設(shè)計(jì)間隙附近粗略估算。通常，75%的軸承總間隙理解為冷態(tài)安裝總間隙，也即標(biāo)準(zhǔn)給出的擺度值是機(jī)組調(diào)試期間空載運(yùn)行的最大值。

對(duì)于振動(dòng)，表41（本文表2）最后一行“注：”里面又提到了“振動(dòng)值系指機(jī)組在除過速運(yùn)行以外的各種穩(wěn)定運(yùn)行工況下的雙振幅值”，可以理解為正常穩(wěn)定運(yùn)行（含空載）及在50%～100%負(fù)荷下的限制值。

（2）GB/T 15468—2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》[11]在5.5.2給出了“水輪機(jī)頂蓋水平和垂直振動(dòng)應(yīng)不大于表5（見圖1）”的規(guī)定。

圖1 節(jié)選自GB/T 15468—2006Fig. 1 Excerpt from GB/T 15468—2006

該規(guī)定沿用了機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值，并且在5.5.3另外給出了擺度值按照“B區(qū)上限線，且不超過軸承間隙的75%”。如前所述，如果機(jī)組在穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行工況，則這里便是熱態(tài)總間隙，取決于軸承的溫度，具體數(shù)值是多少則無(wú)法測(cè)量；如果采用冷態(tài)總間隙，則數(shù)值非常大，實(shí)際上就是按照B區(qū)上限線（大致就是熱態(tài)設(shè)計(jì)間隙的75%），而該值在原標(biāo)準(zhǔn)里面是指70%～100%負(fù)荷的數(shù)值，不含50%～70%區(qū)間，也不包括空載運(yùn)行工況。

（3）GB/T 22581—2008《混流式水泵水輪機(jī)基本技術(shù)條件》[12]給出了如圖2的規(guī)定。

圖2 節(jié)選自GB/T 22581Fig. 2 Excerpt from GB/T 22581

（4）GB/T 7894—2009《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》[13]在9.8中給出了如圖3的規(guī)定。

與水輪機(jī)和水泵水輪機(jī)基本技術(shù)條件一樣，該規(guī)定也沿用了機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于擺度值只是提到了75%軸承總間隙值，并沒有提及B區(qū)上限線的問題。

圖3 節(jié)選自GB 7894Fig. 3 Excerpt from GB 7894

（5）GB/T 18482—2010《可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行規(guī)程》[14]給出了表3（原表1）的振動(dòng)限值，相對(duì)于之前的其他標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)振動(dòng)限值略微進(jìn)行了修改。

表3（原表1） 可逆式抽水蓄能機(jī)組各部位振動(dòng)允許值（雙幅值） mm

（6）DL/T 507—2014 《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》[15]給出了表4（原表1）的振動(dòng)限值，并在括號(hào)內(nèi)特意指出了是通頻值還是轉(zhuǎn)頻值，相對(duì)于之前的其他標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)限值略微進(jìn)行了修改。

表4（原表1） 水輪發(fā)電機(jī)組各部位振動(dòng)允許值（雙幅速）

4.4 國(guó)內(nèi)外各種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍分析

仔細(xì)分析這些標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍進(jìn)行分析（見圖4），可以歸納出以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-IEC 20816—2016和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32584—2016僅僅給出了70%～100%額定負(fù)荷穩(wěn)態(tài)工況下的統(tǒng)計(jì)分析參考值；原標(biāo)準(zhǔn)ISO 7919-5：2005和ISO 10816-5：2000以及等同翻譯的GB/T 11348.5—2008和GB/T 6075.5—2002給出了80%～100%額定流量下的統(tǒng)計(jì)分析參考值。兩者均不包括空載運(yùn)行工況。

（2）國(guó)內(nèi)的《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》和其他標(biāo)準(zhǔn)給出了機(jī)組安裝后盤車時(shí)的擺度限值和調(diào)試時(shí)機(jī)組空載運(yùn)行的擺度限值（75%軸承總間隙，沒有明確是冷態(tài)還是熱態(tài)總間隙，通常理解為冷態(tài)總間隙?？蛰d下的擺度基本符合這個(gè)規(guī)律。但若按照冷態(tài)總間隙計(jì)算50%～100%負(fù)荷運(yùn)行工況的擺度值就非常大，似乎應(yīng)該按照設(shè)計(jì)熱態(tài)總間隙計(jì)算，具體數(shù)值不確定）；固定部件振動(dòng)則理解為全工況限值（包括空載工況）和在正常穩(wěn)定運(yùn)行50%～100%額定負(fù)荷范圍的振動(dòng)限值，并且都是位移量沒有速度量。一般情況下，電站實(shí)踐上作為正常運(yùn)行工況限值使用和交接驗(yàn)收機(jī)組。

（3）水輪機(jī)和水泵水輪機(jī)的基本技術(shù)條件則將安裝標(biāo)準(zhǔn)和ISO的評(píng)價(jià)分區(qū)B區(qū)上限線應(yīng)用作為水泵水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍（50%～100%）內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，而該值在原標(biāo)準(zhǔn)里面是指70%～100%負(fù)荷的數(shù)值，不含50%～70%區(qū)間，也不包括空載運(yùn)行工況。

圖4 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍分析Fig. 4 Analysis of application scope of relevant standards

（4）新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-IEC 20816—2016對(duì)固定部件振動(dòng)全部采用速度量，不再采用位移量；GB/T 32584—2016 也是在表B.1～表B.4采用速度量，沒有位移量，但在表B.5又附加給出了基于國(guó)內(nèi)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中的表41給出的固定部件振動(dòng)位移限值，沒有速度限值。

5 可逆式抽水蓄能機(jī)組全工況振動(dòng)特點(diǎn)、振動(dòng)大小評(píng)定和保護(hù)設(shè)定

5.1 建議的振擺測(cè)量輸出方式

為便于分析和評(píng)定機(jī)組在全工況下的振擺大小，同時(shí)，也為了便于進(jìn)行趨勢(shì)分析，建議將機(jī)組轉(zhuǎn)速、出力、所有軸承的溫度分別或分組與主軸擺度或固定部件振動(dòng)放到一張圖上（見圖5～圖10），將實(shí)測(cè)結(jié)果作為基準(zhǔn)值，從而制定報(bào)警和跳機(jī)整定值。另外，也可以將振擺數(shù)據(jù)按照功率（發(fā)電和抽水工況）為橫坐標(biāo)分別顯示出各個(gè)振擺測(cè)點(diǎn)的變化范圍，從而可以分析正常情況下的振擺“外包絡(luò)線”，將其作為基準(zhǔn)值，為調(diào)整和優(yōu)化報(bào)警和跳機(jī)整定值奠定基礎(chǔ)。

5.2 全工況振動(dòng)擺度評(píng)定建議

抽蓄機(jī)組通常運(yùn)行工況較多、機(jī)組開停機(jī)和工況轉(zhuǎn)換頻繁。其主要的運(yùn)行工況還是發(fā)電工況和抽水工況。這里的全工況特指：機(jī)組發(fā)電時(shí)從啟動(dòng)到帶滿負(fù)荷的過程，包括啟動(dòng)后升速過程、空載運(yùn)行、帶負(fù)荷至滿負(fù)荷過程（包括帶部分負(fù)荷運(yùn)行），不包括甩負(fù)荷和過速過程；抽水時(shí)指啟動(dòng)后升速過程、零流量工況運(yùn)行、滿載抽水工況，也不包括水泵斷電和過速過程；各種工況轉(zhuǎn)換過程。在此以某抽水蓄能機(jī)組為例進(jìn)行分析。

5.2.1 發(fā)電工況

圖5、圖6是某抽水蓄能電站某一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工況的振擺全工況記錄。

從圖5可以看出，機(jī)組從開機(jī)至空載過程中上導(dǎo)擺度最大值為202μm，下導(dǎo)擺度最大值為156μm，水導(dǎo)擺度最大值為466μm；隨著機(jī)組負(fù)荷快速增加到200MW附近（約70%負(fù)荷），各部軸承溫度逐步上升，軸承間隙逐步變小，主軸擺度均出現(xiàn)了明顯下降，但水導(dǎo)擺度波動(dòng)較大；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加至280～300MW（約93%～100%負(fù)荷）后，軸承溫度逐步穩(wěn)定，上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度均穩(wěn)定在40μm附近，水導(dǎo)擺度穩(wěn)定在100μm附近。可以看出，在70%～100%負(fù)荷穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍，各處擺度均低于原ISO標(biāo)準(zhǔn)A區(qū)的上限線（140μm），在50%～70%負(fù)荷范圍，則在B區(qū)上限線（240μm）附近。發(fā)電電動(dòng)機(jī)上、下導(dǎo)擺度對(duì)軸承溫度和間隙大小較敏感。

圖5 機(jī)組在發(fā)電全工況的主軸擺度過程線Fig. 5 Main shaft runouts in generation mode

從圖6可以看出，機(jī)組從開機(jī)至空載過程中上導(dǎo)振動(dòng)最大值為2mm/s，下導(dǎo)振動(dòng)最大值為3.1mm/s，水導(dǎo)振動(dòng)最大值為10mm/s；隨著機(jī)組負(fù)荷增加到200MW（70%負(fù)荷）附近，上導(dǎo)、下導(dǎo)振動(dòng)均出現(xiàn)了明顯下降，水導(dǎo)振動(dòng)波動(dòng)較大；但當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加至280～300MW（93%～100%負(fù)荷）后，上導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在0.45mm/s附近，下導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在1.86mm/s附近，水導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在7.7mm/s附近遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一些標(biāo)準(zhǔn)給出的振動(dòng)速度A-B區(qū)上限線，如何解讀這個(gè)現(xiàn)象成為一個(gè)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。經(jīng)分析，盡管水導(dǎo)振動(dòng)速度較大，但是經(jīng)分頻處理可知其優(yōu)勢(shì)頻率為150Hz，是2倍的轉(zhuǎn)輪葉片過流頻率，換算成位移峰—峰值只有21μm。即便考慮混頻以后的峰—峰值也在30μm附近。該高頻振動(dòng)沒有對(duì)頂蓋結(jié)構(gòu)造成較大的動(dòng)應(yīng)力和疲勞損傷問題。因此，有些系統(tǒng)則將這個(gè)葉片過流頻率的倍頻經(jīng)過了濾波處理，之后，振動(dòng)速度明顯下降。

5.2.2 抽水工況

圖7、圖8是某抽水蓄能電站的某一臺(tái)機(jī)抽水工況的全工況記錄：

從圖7可以看出，機(jī)組從開機(jī)至抽水過程中上導(dǎo)擺度最大值為112μm，下導(dǎo)擺度最大值為136μm，水導(dǎo)擺度最大值為558μm；隨著機(jī)組在滿負(fù)荷抽水工況運(yùn)行時(shí)，各部軸承主軸擺度均出現(xiàn)了明顯下降，其中上導(dǎo)擺度穩(wěn)定在62μm附近，下導(dǎo)擺度穩(wěn)定在42μm附近，水導(dǎo)擺度穩(wěn)定在113μm附近。

圖6 機(jī)組在發(fā)電全工況下的固定部件振動(dòng)過程線Fig. 6 Vibration of non-rotating parts in generating mode

圖7 機(jī)組在抽水全工況下的主軸擺度過程線Fig. 7 Main Shaft runouts in pumping mode

從圖8可以看出，機(jī)組從開機(jī)至抽水過程中上導(dǎo)振動(dòng)最大值為2.6mm/s，下導(dǎo)振動(dòng)最大值為2.3mm/s，水導(dǎo)振動(dòng)最大值為7.7mm/s；隨著機(jī)組在滿負(fù)荷抽水工況運(yùn)行時(shí)，各部軸承處軸承座振動(dòng)均出現(xiàn)了明顯下降，其中上導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在0.49mm/s附近、下導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在1.5mm/s附近，水導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在3.77mm/s附近。

5.2.3 調(diào)相轉(zhuǎn)抽水工況

圖9、圖10是某抽水蓄能電站的某一臺(tái)機(jī)調(diào)相轉(zhuǎn)抽水工況的全工況記錄：

從圖9可以看出，機(jī)組在調(diào)相運(yùn)行過程中上導(dǎo)擺度穩(wěn)定在37μm附近，下導(dǎo)擺度穩(wěn)定在31μm附近，水導(dǎo)擺度穩(wěn)定在120μm附近；當(dāng)機(jī)組從調(diào)相運(yùn)行轉(zhuǎn)到抽水工況的過程中，各部軸承處的主軸擺度均出現(xiàn)了明顯增大，其中上導(dǎo)擺度的最大值為117μm，下導(dǎo)擺度的最大值為100μm，水導(dǎo)擺度的最大值為597μm；當(dāng)機(jī)組進(jìn)入滿負(fù)荷抽水工況運(yùn)行后，各部軸承處的主軸擺度均出現(xiàn)了明顯下降，其中上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度均穩(wěn)定在50μm附近，水導(dǎo)擺度穩(wěn)定在210μm附近。

從圖10可以看出，機(jī)組在調(diào)相運(yùn)行過程中上導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在0.42mm/s，下導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在1.1mm/s，水導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在0.82mm/s附近；當(dāng)機(jī)組從調(diào)相運(yùn)行轉(zhuǎn)到抽水工況的過程中，各部軸承處的軸承座振動(dòng)均出現(xiàn)了明顯增大，其中上導(dǎo)振動(dòng)的最大值為2.7mm/s，下導(dǎo)振動(dòng)的最大值為4.1mm/s，水導(dǎo)振動(dòng)的最大值為9.1mm/s；當(dāng)機(jī)組進(jìn)入滿負(fù)荷抽水工況運(yùn)行后，各部軸承處的軸承座振動(dòng)均出現(xiàn)了明顯下降，其中上導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在0.73mm/s附近，下導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在2.2mm/s附近，水導(dǎo)振動(dòng)穩(wěn)定在3.0mm/s附近。

圖8 機(jī)組在抽水全工況下的固定部件振動(dòng)過程線Fig. 8 Vibration of non-rotating parts in pumping mode

圖9 機(jī)組在調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程中的主軸擺度過程線Fig. 9 Main Shaft runouts in SCO to PO

圖10 機(jī)組在調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程中的固定部件振動(dòng)過程線Fig. 10 Vibration of non-rotating parts in SCO to PO

5.3 振動(dòng)大小評(píng)定和保護(hù)設(shè)定

從上面的分析可以看出，無(wú)論在發(fā)電工況還是抽水工況，全工況的振動(dòng)特性可以大致劃分為三個(gè)級(jí)別：

（1）特殊工況，包括開停機(jī)、空載運(yùn)行、發(fā)電工況50%以下負(fù)荷和工況轉(zhuǎn)換過程。這個(gè)階段的振動(dòng)和擺度最大，軸承的溫度尚未穩(wěn)定或軸承溫度穩(wěn)定后機(jī)組運(yùn)行在部分負(fù)荷50%附近。

（2）部分負(fù)荷工況；按照50%～70%負(fù)荷考慮。

（3）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況，按照70%～100%負(fù)荷考慮（包括滿負(fù)荷抽水工況）。

評(píng)定振動(dòng)和擺度大小時(shí)，宜將現(xiàn)有的ISO-IEC和GB/T標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)值（適用于70%～100%負(fù)荷范圍）、機(jī)組安裝GB/T標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)組調(diào)試實(shí)測(cè)的全工況振動(dòng)特性相結(jié)合，并參考類似機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)綜合分析后給出，建議如下：

（1）特殊工況：以實(shí)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量，比如1.25和1.6倍，并考慮不同測(cè)點(diǎn)位置采取一定的報(bào)警邏輯和停機(jī)邏輯后設(shè)置報(bào)警和跳機(jī)保護(hù)整定值；根據(jù)機(jī)組的中長(zhǎng)期運(yùn)行狀況和檢修后的狀況還可以調(diào)整。

（2）部分負(fù)荷工況；以A-B區(qū)上限線為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量，比如1.25倍和1.6倍，設(shè)置報(bào)警和跳機(jī)保護(hù)整定值；根據(jù)機(jī)組的中長(zhǎng)期運(yùn)行狀況和檢修后的狀況還可以調(diào)整。

（3）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況：以A-B區(qū)上限線為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量，比如1.25倍和1.6倍，設(shè)置報(bào)警和跳機(jī)保護(hù)整定值；根據(jù)機(jī)組的中長(zhǎng)期運(yùn)行狀況和檢修后的狀況還可以調(diào)整。一般情況下，大部分機(jī)組也可以小于原A區(qū)上限線。為簡(jiǎn)化保護(hù)整定值的設(shè)置，同時(shí)也為滿足50%～100%穩(wěn)定運(yùn)行范圍的要求，不建議再為70%～100%另設(shè)A區(qū)上限線的保護(hù)整定值。簡(jiǎn)化處理就是設(shè)置兩檔二級(jí)保護(hù)。

從目前掌握的有限資料看，上述工況的整定值基本上可以涵蓋所有工況的保護(hù)整定值，不宜再細(xì)分其他運(yùn)行工況，從而簡(jiǎn)化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置。

由于制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量的原因，機(jī)組軸線的姿態(tài)也可能各不相同。因此，不同的機(jī)組可以采用不同的數(shù)值。目前大部分電站只設(shè)置了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況（50%～100%額定負(fù)荷）的保護(hù)值，且考慮了一定的延時(shí)，以避開特殊工況。有的限值較大，有的延時(shí)過長(zhǎng)，某些情況下起不到保護(hù)機(jī)組的作用。建議有條件的電站可以考慮設(shè)置以上三檔二級(jí)保護(hù)。

值得一提的是，近來國(guó)內(nèi)外一些招標(biāo)文件和合同文件提出了很高的要求，規(guī)定在正常運(yùn)行工況下（含空載），發(fā)電負(fù)荷在50%～100%穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)振動(dòng)和擺度要低于原標(biāo)準(zhǔn)A區(qū)上限線；有的規(guī)定在所有運(yùn)行工況下都要滿足低于A區(qū)上限線；也有的要求發(fā)電機(jī)低于A區(qū)上限線而水輪機(jī)則低于B區(qū)上限線。實(shí)際上，機(jī)組調(diào)試后，多數(shù)電站還是按照B區(qū)上限線為基礎(chǔ)根據(jù)調(diào)試結(jié)果修正以后設(shè)置的保護(hù)整定值。

6 結(jié)論

抽水蓄能機(jī)組的振動(dòng)和擺度大小的評(píng)定問題是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的問題，就像人的血壓和心率的評(píng)價(jià)一樣，不宜作為強(qiáng)制性的要求。應(yīng)按照不同的運(yùn)行工況和負(fù)荷范圍進(jìn)行不同的分區(qū)，不能不分運(yùn)行工況和負(fù)荷范圍一概要求A區(qū)。應(yīng)該在統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合每臺(tái)機(jī)具體的機(jī)組調(diào)試狀況進(jìn)行分析和評(píng)估并設(shè)置合理的保護(hù)整定值。振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性需要不斷提高，以便于日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)和異常故障分析。現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)存在一定的局限性，有些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性和應(yīng)用范圍有待下一步修訂時(shí)完善。

致謝：本文在編寫過程中得到了水電技術(shù)專家付元初、魏炳漳、何少潤(rùn)、陳順義、桂中華和朱玉良先生的審閱、支持和協(xié)助，提出了寶貴的意見和建議，在此一并表示感謝。

[1] 魏炳漳 .廣蓄二期工程抽水蓄能機(jī)組的振動(dòng)評(píng)估. 水力發(fā)電，2001 （11）.Wei Bingzhang. Vibration Evaluation of Pumped Storage Power Units in Guangzhou II Plant. Journal of hydroelectric engineering，2001（11）.

[2] GB 11348.1—1999，旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定 第1部分：總則.GB 11348.1—1999，Mechanical vibration of non-reciprocation machines—Measurements on rotation shafts and evaluation criteria—Part 1： General guidelines.

[3] GB/T 17189—1997，水力機(jī)械振動(dòng)和脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程.GB/T 17189—1997，Code for field measurement of vibrations and pulsations in hydraulic machines.

[4] ISO-IEC 20816-5 Mechanical vibration—Measurement and evaluation of machine vibration—Part 5： Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[5] GB/T 32584—2016，水力發(fā)電廠和蓄能泵站機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的評(píng)定.GB/T 32584—2016，Evaluation of mechanical vibration for machine sets in hydraulic power plants and pump-storage plants.

[6] ISO7919-5-2005 Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts-Part 5： Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[7] ISO10816-5-2000 Mechanical vibration—Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts—Part 5：Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[8] GB/T 11348.5—2002，旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組.GB/T 11348.5—2002，Mechanical vibration of nonreciprocating machines—Measurements on rotating shafts and evaluation criteria—Part 5：Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[9] GB/T 6075.5—2002，在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng) 第 5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組.GB/T 6075.5—2002，Mechanical vibration—Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts—Part 5：Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[10] GB 8564—2003，水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范.GB 8564—2003，Specification installation of hydraulic turbine generator units.

[11] GB/T 15468—2006，水輪機(jī)基本技術(shù)條件.GB/T 15468—2006，F(xiàn)undamental technical requirements for hydraulic turbines.

[12] GB/T 22581—2008，混流式水泵水輪機(jī)基本技術(shù)條件.GB/T 22581—2008，F(xiàn)undamental technical requirements for francis pump-turbine.

[13] GB/T 7894—2009，水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件.GB/T 7894—2009，F(xiàn)undamental technical specifications for hydro generators.

[14] GB/T 18482—2010，可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行規(guī)程.GB/T 18482—2010，Specification for start-up test of reversible pumped-storage units.

[15] DL/T 507—2014，水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程.DL/T 507—2014，Start-up test code for hydraulic-turbine and generator units.

2017-02-25

2017-03-20

王憲平（1963—），男，副總裁，總工程師，主要研究方向：水電站動(dòng)力設(shè)備和機(jī)組設(shè)計(jì)、制造，技術(shù)管理。E-mail：xianping.wang@voith.com

趙 江（1986—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：水電站動(dòng)力設(shè)備和機(jī)組設(shè)計(jì)工作。E-mail：jiang1.zhao@voith.com

Investigation and Recommendation of Measurement，Evaluation and Protective Setting Values of Mechanical Vibrations for Pumped Storage Power Units

WANG Xian Ping，ZHAO Jiang
（Voith Hydro Power Generation Shanghai，Ltd.，Shanghai 200240，China）

China has become a top country with pumped storage power plants installed with reversible pump-turbines. Special features of the power units in comparison with the conventional power generation units are obvious as high speed，large capacity（those have been built since 2000）and longer shaft system. The units are usually playing more important roles in the grid as peak load adjustment，frequently operating in partial load，condense operations and standby. Operational safety，reliability and stability become more important and critical. The available international and domestic standards or codes are not made specially for the power units with reversible pump-turbines，in which the operation conditions are not aligned each other，obvious discrepancies between the given limit values and actual operational status are existing. Special investigations for the measurement，evaluation and protective setting values of the mechanical vibrations are made and recommendations based on actual status of the existing units are presented in this paper.

pumped storage power units；mechanical vibrations；measurement，evaluation and protective setting values

TK734

A學(xué)科代碼：470.3099

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.03.002