水力發(fā)電廠水輪機(jī)振動異常故障及處理對策

劉高睿

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

水力發(fā)電最常見的問題是水輪機(jī)振動異常，其會對發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響，導(dǎo)致零件損壞甚至斷裂，嚴(yán)重危及人身安全。振動時間過長還可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致整體設(shè)備出現(xiàn)故障，影響正常運(yùn)行。及時找出原因并合理解決至關(guān)重要，可有效保證水力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定。

1 水輪機(jī)振動對發(fā)電機(jī)組的影響

水力發(fā)電廠水輪機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動是普遍現(xiàn)象，但是振動頻率必須在可控范圍內(nèi)，這樣才不會阻礙水輪機(jī)正常運(yùn)行，如果振動異常就會影響水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，造成經(jīng)濟(jì)損失及人身安全威脅等，主要影響包括以下幾方面：

水輪機(jī)振動異?？赡軙Πl(fā)電機(jī)組的零件造成影響，使部分零件處于疲勞工作狀態(tài)，振動嚴(yán)重會導(dǎo)致零件損壞，造成安全隱患。振動異常時間過長，會使發(fā)電機(jī)組零件連接出現(xiàn)松動，加劇振動頻率，導(dǎo)致連接位置出現(xiàn)斷裂或連接零件破損的情況。振動異常會對發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動位置造成一定程度的磨損，振動嚴(yán)重會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動位置溫度過高，燒壞轉(zhuǎn)動位置的零件，使滑環(huán)與電刷之間的磨損程度增加，發(fā)生電刷冒火花的情況。振動異常會對尾水管壁造成影響，使尾水管中水流脈動壓力過大，導(dǎo)致管壁出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)整塊鋼板掉落現(xiàn)象。振動異?？赡軙霈F(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致水力發(fā)電廠整體設(shè)備出現(xiàn)故障，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

2 振動異常故障原因

2.1 水力原因

水輪機(jī)內(nèi)外壓差不同，由于水輪機(jī)內(nèi)部水力不平衡，導(dǎo)致振動異常。水輪機(jī)中的液態(tài)水在產(chǎn)生力時的穩(wěn)定程度不夠，對水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行造成影響，平衡能力較差。由于不同季節(jié)及時間變化，水流速度具有不穩(wěn)定性，這會對水輪機(jī)振動造成不同程度影響。水道內(nèi)部壓力原因，由于水輪機(jī)尾水管的凹槽導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常，其與最優(yōu)工況偏離較大，導(dǎo)致水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行聲音過大。一般情況下，尾水管凹槽的最優(yōu)工況范圍是0.4～0.8倍，如果水道內(nèi)部壓力過大，會增加振動頻率，嚴(yán)重時會使水力發(fā)電廠出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

2.2 電氣原因

靜態(tài)氣隙原因，安裝水輪機(jī)定子與轉(zhuǎn)子時，沒有做到安裝同心，也可能是定子與轉(zhuǎn)子本身存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致靜態(tài)氣隙不均勻，對水輪機(jī)運(yùn)行過程中的氣隙磁場產(chǎn)生影響，出現(xiàn)氣隙磁場不均勻甚至損壞情況。氣隙磁場損壞后，會對水輪機(jī)定子及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響，導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常。動態(tài)氣隙原因，水輪機(jī)磁極出現(xiàn)松動情況，氣隙在較小的空間位置變化，導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常。安裝和調(diào)試水輪機(jī)過程中，由于出現(xiàn)動態(tài)氣隙情況，導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常。

2.3 機(jī)械原因

機(jī)械軸線的原因，由于機(jī)械軸線不對稱，與水輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心體不同心，或與水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組軸心不對稱，導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常。水輪機(jī)轉(zhuǎn)動零件原因，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致振動異常。

3 水力發(fā)電廠水輪機(jī)振動異常處理對策

3.1 水力原因處理對策

針對水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組內(nèi)部水力不平衡導(dǎo)致的振動異常情況，需要采取控制水流速的辦法，根據(jù)不同季節(jié)及時間變化合理制訂水流速管理方案，減少水力不平衡對水輪機(jī)運(yùn)行帶來的影響。針對水輪機(jī)尾水管凹槽導(dǎo)致的振動異常情況，需要在安裝水輪機(jī)設(shè)備時，對尾水管凹槽進(jìn)行優(yōu)化，使其符合正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求，降低水輪機(jī)振動異常概率。

3.2 電氣原因處理對策

針對靜態(tài)氣隙原因?qū)е碌乃啓C(jī)振動異常情況，安裝過程中，要準(zhǔn)確對靜態(tài)氣隙進(jìn)行測量，采取合理控制措施，保證轉(zhuǎn)子與定子質(zhì)量，調(diào)整好磁極之間的靜態(tài)氣隙空間位置，提高水輪機(jī)的支撐能力及動態(tài)平衡精度。針對動態(tài)氣隙原因造成的影響，對水輪機(jī)零件進(jìn)行加工時，要提高精準(zhǔn)度，保證零件質(zhì)量。運(yùn)輸水輪機(jī)的過程中要做好保護(hù)工作，規(guī)范合理地對水輪機(jī)進(jìn)行安裝調(diào)試，后期維護(hù)保養(yǎng)也要著重關(guān)注動態(tài)氣隙，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極松動問題，降低事故風(fēng)險。

3.3 機(jī)械原因處理對策

針對機(jī)械軸線不對稱導(dǎo)致水輪機(jī)振動異常情況，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求規(guī)范安裝水輪機(jī)。針對轉(zhuǎn)動零件引發(fā)的振動，要在安裝調(diào)試過程中采取相應(yīng)解決措施，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡情況，保證其正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

水輪機(jī)運(yùn)行過程中會因一些因素導(dǎo)致出現(xiàn)振動異常情況，需要對其進(jìn)行分析，合理處理。發(fā)生振動異常情況后，不能只針對水輪機(jī)表面進(jìn)行分析，應(yīng)運(yùn)用科學(xué)合理的方法對其進(jìn)行全面分析，制訂有針對性的解決方案。要充分掌握水輪機(jī)構(gòu)造原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低水輪機(jī)振動異常幾率，隨時記錄觀察水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，保證其正常運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。