水力發電機組運行中振動的原因分析

周玉安

摘 ?要：水力發電現在已經成為主要發電方式，發電機組運行效率則是影響生產效率的主要因素。水利發電機組功率大，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生的原因，并有針對性的采取措施進行優化，最大程度上消除振動故障產生的影響。文章對水力發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化措施。

關鍵詞：水力發電;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

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

1 ?水電發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。為確保發電機組持續穩定運行，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定，將會產生較大危害，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，降低對發電機運行效率的而影響。

2 ?水力發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電機組振動加劇，降低其運行穩定性，在生產過程中比較常見，需要及時采取措施進行處理。發電機上端軸與轉子中心體不同心、發電機軸與轉子中心體不同心以及水輪機軸與發電機軸軸心不正等，均會導致機組出現振動問題[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規范來進行，確保所有細節均滿足要求，提高設備選擇與安裝效率。

2.2 ?機組支撐因素

如果發電機組支撐結構靜態剛度較低，這樣在生產運行過程中很容易受外力影響而出現較大的變形。同樣如果其動態剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時，就會導致機組設備產生較大的振動。就我國水電建設生產現狀來看，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運行振動的問題[3]。并且當燈泡貫流式水輪發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發電機轉子掃膛事故，降低生產安全性。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、動態剛度，滿足機組穩定運行要求，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電機運行穩定性的常見原因，其主要包括靜態與動態兩類。其中動態質量不平衡即發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，保證各細節實施效率，并采取可靠措施來防止磁軛運行時產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，對各部件進行現場平衡試驗，對不平衡部位進行處理。

3 ?水力發電機組振動電氣原因與處理措施分析

3.1 ?靜態氣息因素

對于水力發電機，在安裝時如果定、轉子不同心，或者發電機定子與轉子不圓，在后期運行過程中很容易出現氣隙不均勻問題。此類問題發生后會影響氣隙磁場均勻性，在定子上產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氣息不均勻問題，即機組安裝與運行前需要準確測量發電機轉子圓度，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，以及提高動態平衡精度。

3.2 ?動態氣息因素

發電機轉子磁極在運行過程中出現松動后，會造成動態氣隙不均勻，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電機一般設計氣隙較小，制造、運輸、安裝等會環節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定性[4]。因此需要加強對機組部件設計、制作與安裝等環節的管理，確保其可以滿足水利發電機組實際生產需求。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，避免發電機轉子磁極在運行過程中出現松動情況。

3.3 ?三相負荷因素

在實際水電生產過程中，發電機組經常會出現三相負荷不對稱問題，即發電機定子單向接地或者兩相短路時，便會出現三相負荷不對稱問題。當負荷不平衡時，三相繞組會產生負序電流，產生負序旋轉磁場。一旦負序磁場正對發電機縱軸時，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振動問題。針對此種問題，需要設置發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生較大感應電流，對負序磁場進行削弱，來減少產生的負序電流，避免出現振動問題。

4 ?水力發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，主要是因為液態水產生的力量穩定性差，其在不斷變化的過程中，對水力發電機組運行產生的影響也就不同，存在平衡性差特點。

在不同季節、時段，水流速不同，其對發電機組產生的影響力不穩定，進而會導致機組轉輪產生振動。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，根據不同季節、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生的影響。

4.2 ?尾水管渦帶

當水輪機與最優工況相差較大時，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

以提高水力發電機組運行穩定性為目的，需要對常見振動問題進行分析，確定問題發生的原因，有的放矢選擇解決措施。從技術角度出發，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綜合效率。

參考文獻：

[1] 吳哲.水力發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.淺談水力發電機組運行中振動產生的原因[J].技術與市場，

2015，（7）.

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