關于水電機組故障振動測試的分析研究

吳可君

（哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱 150040）

關于水電機組故障振動測試的分析研究

吳可君

（哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱 150040）

故障振動分析技術是確保水輪機組安全、平穩、高效運營的關鍵技術，在實際水輪機組運行中，如何進一步完善和發展水輪機組故障振動分析技術，對確保水電機組安全、平穩運行有著重要意義。分析水電機組的故障振動測試對于保障水電機組高效平穩運行，保證我國水利資源開發利用的效率，有著重要的作用。

水電機組 故障振動 振動測試 分析

1　水輪機組故障振動的危害分析

（1）誘發發電機組各連接部件松動，使各轉動部件與靜止部件之間產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）發電機轉子振動過大加劇滑環與電刷磨損，致使電刷產生火花并不斷增大甚至導致發電機著火事故。

（3）尾水管中形成的過大渦流脈動壓力導致尾水管壁產生裂紋甚至裂縫，嚴重時可能破壞整體尾水設施。

（4）引起機組金屬結構和焊縫的疲勞破壞區的形成和擴大，從而產生裂紋，甚至斷裂破壞、報廢。

（5）若現場振源頻率與發電機組某固有頻率接近時，產生共振，誘發機組出力大幅度變化，可能導致機組從電力系統中解列，甚至使廠房及水工建筑物遭受損壞。

2　水輪機組故障振動的原理

2.1漸變性損耗

水輪機組在實際使用中，由于水質和當地水文條件等原因導致水流中攜帶大量泥沙，這些泥沙流經埋在水下的機組部件時，由于其日積的摩擦作用極易對水下部件造成磨損和腐蝕，磨損和腐蝕達到一定程度就會導致水電機組發生振動故障。

2.2機械故障導致振動

水輪機組由于設計和安裝條件的復雜性，往往會出現機組部件設計安裝不合理的現象。一旦這種現象發生，往往會導致機械磨損的發生產生振動。比如機組轉子部分因不平衡、 彎曲或部件脫落等造成的振動；機組對中不良、法蘭連接不緊或固定件松動；機組固定部分與旋轉部分相碰摩；軸承間隙過大或推力軸承調整不良等原因而引起轉子的不穩定運動。

2.3電磁力引起機組振動

電磁力引發機組振動是因為發電機部分電磁力變化，其主要是由于機械旋轉性故障和發電機故障導致。由于發電機內器隙不均勻、發電機不對稱工作等。發電機故障也是導致水輪機振動原因之一，一旦發電機內次級線圈匝間短路則會造成嚴重的電磁力變化從而導致水輪機組劇烈振動，不僅引起發電機轉動部分振動，也將激起發電機定子及支承等固定部分振動。針對這些故障的處理要仔細核對分析找到根源，然后有針對性的進行處理。

3　水輪機組故障振動測試的方法

在對水輪機組故障振動進行檢測時，常用的有變轉速試驗、變勵磁試驗、變負荷試驗三種手段。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備。三種方法的目的是為了掌握機組運行時振動的基本規律，通過對振動規律的具體分析確定水輪機組故障振動的產生原因。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一步放大并提供給分析儀器從而進行數據分析，顯示器主要是指在實驗和分析過程中所用到的計算機、電子示波器、數字式指示儀等。常用的記錄設備有計算機、光線示波器、磁帶記錄儀等。運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行數據采集和分析。

3.1機械式儀表測振法

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

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

千分表法：用橋式起重機吊一重物（此重物相對機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時，可采用千分表和重物等部件構建的慣性式機械測振儀，帶有千分表的機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

電測法是利用應變片式測振傳感器等傳感器，將振動量轉換成電量，通過放大器放大，由示波器予以記錄，最后對數據進行處理。該方法靈敏度高，頻率范圍廣，便于讀數和分析，容易實現遙測和自動控制，應用較廣，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化為光信號，再利用光電效應轉換成電信號進行測量。

4　水輪機組振動的預防

4.1強化水輪機設計，減少因機械原因產生故障振動的概率

（1）每一個可能引起質量不平衡的部件在設計時必須采取配重措施，提高發電機轉子安裝質量，盡可能減小轉子不平衡質量。采用先進儀器和平衡配重軟件，進行現場平衡試驗，消除機組轉動部件的質量不平衡。

（2）設計時采取措施防止因磁軛不均勻產生的徑向位移。

（3）確保大型機組支承結構有足夠的動、靜剛度。

（4）確保制造、安裝過程中定子、轉子圓度和同心度要求。

（5）發電機定子采用分數組繞組時，進行次諧波振動、噪聲分析及核算。

（6）優化分數槽定子的接線方式，盡量減小次諧波的量級。

（7）使定子機架固有頻率盡量避開二倍極頻。

（8）零部件的固有頻率應主動避開現場振源頻率。

（9）提高制造和安裝質量，減小產品誤差，減少振源。

4.2引進水輪機檢測系統，加強對水輪機故障振動的監控力度

水輪機故障振動監測已經朝著自動化、精密化發展。無論國際國內水輪機故障檢測診斷系統的運用已基本成熟，我們可以將故障檢測和診斷系統引入日常生產，不僅能夠有效避免意外事故的發生，還能為操作人員對機組檢修和維護的及時性和準確性提供保證。水輪機在線檢測系統進行設計和運用時，要在考慮場區工程特點的前提下針對電廠的運營特點進行合理性設計，在確保降低投資成本的前提下設計出有效的水輪機故障振動檢測系統。

綜上所述，通過對水輪機組故障振動測試的原因和方法進行分析，得出一系列行之有效的水輪機組故障振動測試和分析方法，針對這些方法在日常發電生產時要做到綜合利用，合理整合成一套適合企業水輪機組故障振動測試辦法，并且將辦法切實的貫徹到日常的水輪機發電、保養和維護工作中。

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

［2］劉華庚.淺析水輪發電機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年哈爾濱電工學院（夜大）工業電氣自動化專業畢業，工程師，現哈爾濱大電機研究所水輪機室從事儀表、測試及自動化工作。