水力發電廠水輪機振動異常故障分析和處理

848000 新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局 新疆 和田|楊正暉

?

水力發電廠水輪機振動異常故障分析和處理

848000 新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局 新疆 和田|楊正暉

在水力發電廠中水輪機組振動是一個常存且棘手的麻煩，引起水輪機組振動的原因涉及廣泛。從客觀方面來講，水輪發電機的振動包含了各個領域的范圍，至今為止。水輪機組振動仍然是令人頭疼的問題，觀察并發現發電廠工作是水輪機的問題，不僅可以預防水輪機故障引起的事故，而且對防治水輪機振動也會去的很大的進步。水輪機組的振動在很大程度上破壞了其運行進程。增強機器的工作管理以保證發電廠的正常工作。不僅要加強機器的精準度來預防事故的發生，更需要及時對故障發生的原因進行分析和處理。本文將通過對水輪機發生振動的破壞力，原因及解決方法進行進一步討論。關鍵詞：水力發電廠；水輪機振動原因；水輪機振動危害；解決措施

隨著社會的不斷進步和發展，近年來我國的水電工程也有了較快的發展。水電站在給人們生活帶來便利的同時也存在著一些問題，其中最主要且危害最大的就是水輪機組的振動異常。由此可見怎樣今早發現振動原因并且做出及時的解決措施是讓水力發電廠能夠正常運行的重要因素，也是日前水力發電站安全保證的主要。由種種跡象表明，水輪機組的振動對水力發電廠的正常運轉有著很大的影響。加大對水輪機振動問題及其解決措施的研究已經成為為我國水電工程發展的主要任務。隨著水輪機不斷的變大，水輪機組的零件相對硬度也逐漸變大，振動可能性也就變大。

水輪機振動的危害

相對于普通的工程器械，水輪機組的振動帶來的影響比較多，換句話說危害也大于一般的工程器械。

a發電機壽命縮短

水輪機的很多部件會因為水輪機的振動而不斷相互磨損導致發生斷裂，發電機的使用壽命大大縮短甚至報廢。

b損壞工廠及工廠設備

當水輪機組同時產生振動，變回形成共振，當水輪機組與發電機廠同時共振，起結果必然導致發電系統損壞甚至對發電機廠中的各個設備產生一定的損壞。同時震東輝加大尾水管所受壓力，壓力會在一定情況下將水管擠壓斷裂，其結果對工廠的損壞程度不言而喻。

水輪機振動的原因及解決措施

造成水輪機振動的主要原因有水力振動，機械振動及電磁振動。在一個水力發電廠中，水電、設備和電磁構成了一個系統且互相作用。

a導致水輪機振動的水力原因

在沒有設計圖或者沒有預估情況的前提下，水輪機的內外壓差不同及水道內部的壓力，是水輪機組在一定區域內產生振動，這是形成水輪機振動的主觀原因。水壓不同產生的振動區域即稱為水輪機的振動。取個例子，在沒有設計圖的前提下，水道會因為壓力在尾水管等多個地方產生漩渦帶，從未引發機組劇烈振動，甚至在水電廠正常運行時，就會聽見尾水管中有不連續的沖擊的聲音便是水輪機組在振動。在發生振動且沒有找到振動區域的時候，所有工作人員均需在保證安全的前提下避免在振動區工作。其次，水力發電廠中，會因為特殊天氣，特殊條件致使水輪機組的振動頻率瞬間增大，但相對于長期固定的振蕩問題來說并不是主要問題。

b導致水輪機振動的機械原因

機械振動為因為設備零件的慣性力、摩擦力或者相對作用力等物理因素引起的振動。導致物理振動的原因很多，例如水輪機零件的誤差，擺度不準確，中心軸線偏離中心線，轉子密度不均勻等等。因為轉子密度的不均勻會使轉子的中軸線與中心產生變差，即偏心距。因為密度分配不均勻，導致轉子在高速度旋轉時，慣性力不穩，軸中心線偏離重心，產生回旋，且撓度隨著旋轉速度的增大而增大。

就目前我們的水力發電廠而言，旋轉水輪機磁軛高度一般長于轉子半徑的2/3，所以更容易產生很大的力偶，力偶和轉子密度分布不均勻均可以進行平衡測試來更換轉子來解決由水力因素產生的水輪機組的振動。水輪機組軸線偏離將導致弓形回旋。因為轉子的密度分布不均勻，其旋轉中心與重心不重合，在水輪機正常工作時會造成不同方向傳播的振動，因此產生的弓形回旋對水輪機組的各個零件均產生不同程度上的損壞，同時是離心力變大，同樣會導致水輪機組的振動。從不斷的觀察及研究的結果來看，使用年份越長、出現問題不及時修復的、擺度過大等原因均會出現上述的情況。

綜合水輪機組的各項數據，水輪機組的軸線偏離、歪曲、不正等等變現為對絕緣板的作用力使其在組合面出斷裂，導致轉子的軸線慣性力產生一個不正常的力矩及力偶。當轉子旋轉時，不正常力矩隨其旋轉，因此各承接力矩的外力為慣性力，各種頻率接近同步，由此導致各處承接力矩也發生振動。軸線偏離也因此成為了產生振動的主要因素。為了避免以上機械原因產生的振動，糾正轉子的中軸線成為了首要的任務，因此一般的轉子的傾斜度的誤差要在0.02mm以內。有了這個標準，工作人員可以定期對水輪機的零件進行定期檢修，并且更換掉因為工作而不符合標準的各部分零件以保證水輪機組的正常使用，同時避免了水輪機組的振動。

水輪機組的重要零件振動也是產生水輪機組振動的主要因素，重要零件即使是有一點的不符合標準，都會對水輪機組的各個重要零件形成巨大的影響，重要零件容易產生的問題如下：中心線偏離重心，軸承缺損，軸承縫隙不標準等。中軸線偏離可能由螺栓松動引起的。軸承磨損松動潤滑不足等也會引起軸承的缺損同時引其水輪機組而振動。在對金安橋水力發電站進行測量時，就發現了以上問題，并及時做事了更改措施。

c導致水輪機振動的電磁原因

導致振動的電磁原因即在振動時有電磁機械產生的一些電磁力引起的水輪機組的振動。導致水輪機組的電磁振動的因素有很多，例如轉子布線短路、定子內部電子通道紊亂、各部件的空氣流動不固定等。上述問題均會引起水輪機組的電磁路線左右不等，甚至因為電磁力不平衡造成水輪機組的振動。

轉子空氣流動不固定可以歸為兩種類型：靜態不固定、動態不固定。空氣流動靜態不固定即為水輪機組重心偏離轉子的中軸線，定子與轉子的空氣流動亦產生偏離。但偏心值超出了一定的誤差范圍會對水輪機組空氣流動形成一種無形的作用力，通常狀況下，偏心值的允許誤差范圍為空氣縫隙的10%。空氣流動動態不固定是因為水輪機轉子的中軸線偏離重心而產生的弓形回旋而導致的。弓形回旋產生的偏離作用力將會因為轉子的旋轉發生固定時間固定歸集的旋轉周期，偏離作用力在周期性產生時自然而然的產生了水輪機組的振動。不得不說的一點就是，在外界例如自然天氣變化的形象下也會因為電磁力而產生水輪機組的振動，這一點由簡單的電磁學就可以輕松解釋。

綜上所述，種種原因導致的水輪機組的振動會對水輪機組甚至水力發電廠損壞嚴重。因此我們在進行金安橋水電廠的振動故障分析時，進一步對水輪機內部零件進行了勘察，發現轉子承接處受損，磁極鍵位異常，螺栓異位等由水輪機組振動產生的種種問題。如果在日常工作中我們可以對水輪機組進行定期的勘察檢修來發現并更正，會避免很多由于水輪機組振動而產生的危害。

總結

通過上述淺析，水輪機組振動的問題發現，解決及改善更新是目前我國水電工程需要攻破的首要任務。在水電工程中準確發現水電廠水輪機振動區域才可以保證水電廠的安全與工作人員的安全。

參考：

［1］陳錫洲.水力發電廠水輪機振動異常故障分析和處理［J］.通訊世界，2015，（15）:130-130，131.

［2］馮源，葛新峰，潘天航等.基于小波變換的水電機組振動故障分析和特征提取［J］.云南電力技術，2014，（6）:1-4.

［3］丁暉慶，鄧益新.貫流式水輪機導軸承徑向水平振動分析及處理措施探討［J］.大電機技術，2015，（3）:48-49，53.

［4］任紹成，蔣光斌，姜明利等.紅花電站2號機組水導振動分析及處理［J］.水電站機電技術，2015，（3）:49-51.

楊正暉（1976—），男，陜西省渭南市人，工作單位：新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局，職務：發電部主任，研究方向：水力機械。