水輪發電機組振動故障診斷與識別

311600 國網新源控股有限公司新安江水力發電廠 浙江 杭州|鄧金榮

?

水輪發電機組振動故障診斷與識別

311600 國網新源控股有限公司新安江水力發電廠 浙江 杭州|鄧金榮

水輪發電機組在運行過程中各部件的安全性和壽命的長短直接關系著電廠的經濟效益，但是機組發生故障又是不可避免的，而振動的存在是故障發生的重要原因，因此要解決機組的故障問題必須要找到導致機組振動的原因。對此，本文對水輪發電機組振動故障診斷與識別方法簡要分析，以期為機組實際故障排查工作提供參考經驗。關鍵詞：故障診斷；振動；識別

水輪發電機組的振動故障在機組運行中是十分常見的，也是極其嚴重的，其會引起機組結構的疲勞，除此以外，還會造成轉輪和固定導葉等部件裂紋的產生，對于機組的穩定運行和電廠的效益有較大的影響。如果想徹底解決機組的振動問題，就必須對機組振動有著清晰的認識能并找出其發生的根本原因。然而水輪發電機組是一個相對復雜的機械系統，造成其振動的原因也較多，除了要考慮機組旋轉部分和固定部分的振動外，還要考慮水力等因素對機組振動的影響如葉道渦的作用等。因此，機組的振動故障分析是十分復雜的，為了保證機組的正常運行，我們需要對機組的運行狀態做好監測工作，要能夠及時的發現故障并做好相應的維修工作，進而保障水輪機組的正常運行。

水輪發電機組的結構和工作原理

水輪機是一種將水的位能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能的裝置，其組成部分有進水閥、勵磁裝置、推力軸承、轉子、機架、定子、調速系統、導水機構、轉輪等。常見的水輪機主要分兩種：同步水輪機和異步水輪機。我國的水電站內主要采用同步水輪機，其工作原理在理論上十分簡單，就是利用轉輪將水的位能轉換成機械能從而帶動轉子轉動產生電能的一個過程，但是機組實際的運行卻是一個較為復雜的過程。在水輪機中，水流由導水機構控制，通過控制水的流量從而可以控制水輪機的功率，可以根據用電量的需求合理的調整功率。

水輪發電機振動故障的特點

a水輪發電機組結構特殊

水輪發電機組主要分為立式和臥式兩種。通常大中型水輪機組選擇立式，而小型的水輪機組選擇臥式。水輪機本身結構的特殊性導致了其振動故障也相對較為復雜，在結構上看機組的軸領和軸瓦之間具有一定的間隙而不是固定不動的，這一原因就導致了機組大軸在導瓦間可以有運動發生，而且運動軌跡多變。

b振動故障的漸變性

水輪發電機組轉輪的轉速同其他的旋轉機械相比并不高，因此其振動故障的發生一般表現為漸變性和損耗性，具體來說，是由一定的量變引發質變的過程，而關于突發性的事故通常較少。因此在機組平時的運行中，我們要對其進行定期維護。

c振動故障的多樣性

發電機組的振動并不是由單一的原因引起的，其誘發的原因是多種多樣的，比如機械振動、電磁振動、水力振動等都是引發水輪機組振動的原因。所以在檢測分析機組的振動時，我們要對多種因素進行考慮。

振動監測和故障診斷系統設計

目前的水電機組正向大型化發展，單機容量也不斷增大，因此給機組的檢修工作帶來了很大的挑戰。可以說，機組系統是否安全穩定的運行直接關系到了機組的正常運行，同時影響到了電力系統的穩定性。所以我們要時時對機組的運行狀態進行監測，同時對機組的故障問題及時的進行分析和維護。

a系統結構設計

系統的結構設計從功能上可以分為三個部分，即數據采集、狀態檢測和故障診斷。狀態檢測中要依據前端數據分析出機組的工作狀態，為后臺的中央機構提供運行狀態報告。狀態檢測的工作主要為簡單的分析包括啟停狀態分析、運行狀態分析，打印監視到的圖像和狀態報告的數據等；分析診斷部分則會將收集到的信息進行分析和總結，并提出相應的解決方案。

b硬件設計

硬件設計包括網絡設計和下機位設計。在網絡的設計中，我們利用數據采集單元實現自動的監測來保證數據傳輸的可靠性，并且可設計多于2套的傳輸系統，來確保在其中一臺發生故障的時候，另一臺可以保證數據的傳輸。關于下機位的設計要合理協調好各個機組的關系，各個機組信號的采集和處理都需要有一個標準的機柜在其附近，機柜內部的電源要能保證各個單元的用電需求。

圖1　 故障診斷的基本流程

振動故障的識別與診斷

水輪機組安全穩定的運行是判斷發電機組性能的重要參數。隨著現在大型機組的使用，對機組的穩定性提出了更高的要求。假如不及時的發現并維護好機組的穩定性，那么事故的發生率會大幅度的提升。因此對機組的穩定性進行診斷是非常必要的。

關于水輪機組振動的診斷技術目前已經較為成熟，當前多數企業采用的診斷方法為專家系統診斷法、神經網絡診斷法及模糊法等。由于水輪發電機組的振動成因是較為復雜的，其具有以下的特點：分布不均勻、復雜多樣、不規則性、漸變性等。

a診斷系統的結構設計

根據機組的振動特點本檢測系統主要是以BP神經網絡和規則為前提的基礎上設計的。這樣做的好處在于可以將人工神經網絡和專家的診斷相結合，以提高檢測結果的準確率，進而有效的減少機組振動等問題。該系統主要由兩個部分構成，即在線故障自動診斷和離線故障自動診斷。其診斷的基本流程如圖1所示。

b 常見故障診斷的知識的獲取

機組故障問題知識的獲取是分類別的，比如設備的功能結構、操作規范等方面的知識，并可以從技術規程及設計文件等中獲取。本系統的診斷知識是在數據庫中存儲的，下面表1以水導擺度報警為例舉出。

c征兆提取和信號分析

征兆的提取是相當關鍵的，其對診斷的速度和準確性有著直接的影響。要想在最短的時間內準確得出診斷結果，我們需要采用有效方法并通過各種的途徑以得到更多有效的征兆。對此，信號的分析就是一種行之有效提取征兆的方法，因此我們必須對信號進行全方面的分析。

結語

在水輪發電機組的運行過程中會產生各種各樣的問題，進過分析我們發現這些問題主要是由振動引起的，因此掌握振動產生的原因對于機組的安全穩定運行具有重要的意義。對此，在機組運行時操作人員要時刻關注其狀態，一旦發生故障要及時提出解決意見，以防事故擴大造成企業更大的經濟損失。

參考：

［1］張曉莉.基于 WSNs 的水輪發電機組振動監測系統設計［J］.傳感器與微系統，2012

［2］代 紅.水輪發電機組振動狀態監測與故障診斷系統研究與應用［D］.三峽大學，2012

［3］吳長利，王輝斌.水輪發電機組振動在線監測系統設計選型及維護［J］.湖南電力，2011

鄧金榮（1984.10.22-），女，湖北鐘祥，漢族，本科，學士學位，工程師，研究方向：水輪發電機組檢修與管理。