亭子口電站機組運行中振動的分析

畢潤松

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站機組運行中振動的分析

畢潤松

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

振動對于水輪發電機組是極其嚴重的危害,它不但降低機組的工作效率,影響機組安全運行,還會加快損壞機組部件,導致事故的發生。由于水輪發電機組在運行中產生振動現象是不可避免的,所以如何解決處理發電機組振動故障是水電站必須面對的問題,通過分析水電站水輪機組振動危害及其產生的原因,使機組安全、穩定運行是很有必要的。

水輪機；機組狀態；振擺；優化運行

1　水輪發電機組振動故障因素

1.1負荷或補氣試驗

在不同水頭下改變機組的負荷，進而檢測水頭在不同負荷狀態下的振幅和接力器行程，進而繪制出相應的關系：

A=f（N）或A=f（L）

式中A——振幅，mm

L——接力器行程，mm

N——發電機有用功率，kW

結果，當振幅伴隨著機組負荷的變化而同向變化的時候，并且軸承處的變化幅度比其他部位明顯，那么造成機組振動的最主要原因就是水力的不平衡。

假如振動只是在某一個負荷區域變化比較強烈，其他區域振動明顯減弱，那么造成機組振動的最主要原因就是尾水管中可能產生了偏心渦帶。

此外，再對機組振動較為強烈的區域進行補氣實驗，再次檢測軸承處的振動幅度，如果補氣前后存在著較為明顯的出入，那么造成機組振動的最主要原因就是尾水管中可能產生了偏心渦帶。

1.2勵磁試驗

機組在額度轉速下，投入勵磁系統，機組各部件會伴隨著勵磁電流的變化而變化。假如振幅會隨著勵磁電流同向變化，那么引起機組振動的主要原因就是不平衡磁拉力的存在，這個時候就需要進一步檢測發電機的定子和轉子的空氣隙是不是均勻存在的，用的磁極線圈有沒有發生短路的情況。

1.3轉速試驗

啟停機組，分別在各種轉速下測量機組典型部位（上導、推力下導、水導）的振幅。

比如，機組的轉速在60%到100%的額定范圍內，振幅是比較大的，對轉速進行改變也不會對振幅造成較為明顯的變動，并且振動的頻率也會和機組轉動的頻率相同，此時，機組振動的原因大都是因為軸承存在一定的間隙、主軸的零部件存在磨損等（如上風洞內擋風板）。

2　亭子口電站1號機組振區測試試驗分析

（1）試驗水頭

試驗水頭見表1。

（2）綜合分析機組在各水頭下振動區的運行工況

1）1號機組毛水頭為65.2m時的振區

1號機組在上游水位為438.6m，下游水位為373.4m時，機組最大能帶228MW負荷。機組按20 MW負荷遞增試驗，對負荷變化時各振動、擺度進行全程監測。在整個帶負荷變化過程中發現，機組在并網至60MW負荷區間受小開度下流態紊亂影響，導致大軸產生隨機振動，機組在80MW至160MW負荷區間受尾水管壓力脈動影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大。在180MW及以上負荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規程要求的限定值，機組運行穩定性優秀。

2）1號機組毛水頭為68.35m時的振區

1號機組在上游水位為441.06m，下游水位為372.71m時，機組最大能帶235MW負荷。機組按25MW負荷遞增試驗，對負荷變化時各振動、擺度進行全程監測。在整個帶負荷變化過程中發現，機組在并網至75MW負荷區間受小開度下流態紊亂影響，導致大軸產生隨機振動，從而致使水擺表現為隨機高頻波形；機組在80MW至170MW負荷區間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉頻，這種低頻水力振動現象一直持續到175MW附近才漸趨消失。在175MW及以上負荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規程要求的限定值，機組運行穩定性優秀。

3）1號機組毛水頭為73.6m時的振區

1號機組在上游水位為447.4m，下游水位為373.8m時，機組可帶滿負荷運行。機組按20MW負荷遞增試驗，對負荷變化時各振動、擺度進行全程監測。在整個帶負荷變化過程中發現，機組在并網至80MW負荷區間受小開度下流態紊亂影響，導致大軸產生隨機振動，從而致使水擺表現為隨機高頻波形；機組在80MW至180MW負荷區間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉頻，這種低頻水力振動現象一直持續到200MW附近才漸趨消失。在200MW及以上負荷時，各振動、擺度測值均較大的小于規程要求的限定值，機組運行穩定性優秀。

4）1號機組毛水頭為78.1m時的振區

1號機組在上游水位為450.9m，下游水位為372.8m時，機組可帶滿負荷運行。機組按20MW負荷遞增試驗，對負荷變化時各振動、擺度進行全程監測。在整個帶負荷變化過程中發現，機組在并網至60MW負荷區間受小開度下流態紊亂影響，導致大軸隨機振動，從而致使水擺表現為隨機高頻波形；機組在80MW至180MW負荷區間受尾水管壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉頻，這種低頻水力振動現象一直持續到200MW附近才漸趨消失。在200MW以上時，各振動、擺度測值均較大的小于規程要求的限定值，機組運行穩定性優秀。

5）1號機組毛水頭為83.7m時的振區

1號機組在上游水位為457.4m，下游水位為373.7m時，機組可帶滿負荷運行。機組按20MW負荷遞增試驗，對負荷變化時各振動、擺度進行全程監測。在整個帶負荷變化過程中發現，機組在并網至60MW負荷區間受小開度下流態紊亂影響，導致大軸隨機振動，從而致使水擺表現為隨機高頻波形；機組在80MW至180MW負荷區間受尾水壓力脈動的影響，各振動、擺度均形成了典型的低頻水力振動波形且通頻幅值明顯增大，其低頻頻率主要為0.23倍轉頻，這種低頻水力振動現象一直持續到200MW附近才漸趨消失。在200MW以上時，各振動、擺度測值均較大的小于規程要求的限定值，機組運行穩定性優秀。

（3）綜合分析五個水頭的試驗，我們認為機組大致應分為四個負荷運行區域，即小開度區、水力振動區、過渡區和穩定運行區。見圖1：不同水頭下運行區域劃分示意圖。

圖1　不同水頭下運行區域劃分示意圖

3　亭子口電站機組優化運行的必要性

（1）根據月度發電計劃加強與水情、計劃營銷的溝通，合理分配、申報每日負荷曲線。

（2）根據調度下發的日負荷曲線，結合當前上游來水量以及機組水頭情況，進行機組間負荷的最優分配；在調整負荷過程中，要減少機組穿越振動區的時間。

（3）在機組小負荷工況下運行時加強設備巡視，注意監視各軸承擺度和瓦溫，發現異常及時進行處理。

（4）對水頭變化后，機組各負荷振動情況做好記錄。

（5）機組在負荷低谷時進行倒換。

（6）合理安排廠用電運行方式，降低廠用電率。

（7）發現設備缺陷及時聯系處理。

4　結論

（1）機組在小開度負荷區受流態不穩定影響，各振動、擺度表現為隨機高頻波形，同時，該運行區域機組效率低，建議減少該區間的運行時間。

（2）機組在水力振動負荷區時，通頻幅值增大明顯，對機組長期安全穩定運行造成影響，建議在條件允許的情況下，避開該區運行。

（3）低頻水力振動區在過渡區漸趨消失，在該區域對機組安全穩定影響不大。

（4）機組在穩定區運行，各振動、擺度測值均處于規程要求的優秀范圍內，可長期安全穩定運行。

[1]四川中鼎科技有限公司.亭子口1號機組全水頭振動區界定試驗報告（編號：ZDKJ/BG14-472）[Z].

[2]黃銳，肖志懷，蔡維由.水輪發電機組振動故障的模糊診斷法[J].云南水力發電，2005（6）.

TV737

B

1672-5387（2016）11-0046-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.016

2016-09-07

畢潤松（1983-），男，助理工程師，從事水電站運行工作。