水力發電廠水輪機振動異常故障及處理對策

劉高睿

(哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

水力發電最常見的問題是水輪機振動異常，其會對發電機組的正常運轉造成影響，導致零件損壞甚至斷裂，嚴重危及人身安全。振動時間過長還可能出現共振現象，導致整體設備出現故障，影響正常運行。及時找出原因并合理解決至關重要，可有效保證水力發電廠的安全穩定。

1 水輪機振動對發電機組的影響

水力發電廠水輪機運行過程中出現振動是普遍現象，但是振動頻率必須在可控范圍內，這樣才不會阻礙水輪機正常運行，如果振動異常就會影響水輪機發電機組的正常運行，造成經濟損失及人身安全威脅等，主要影響包括以下幾方面：

水輪機振動異常可能會對發電機組的零件造成影響，使部分零件處于疲勞工作狀態，振動嚴重會導致零件損壞，造成安全隱患。振動異常時間過長，會使發電機組零件連接出現松動，加劇振動頻率，導致連接位置出現斷裂或連接零件破損的情況。振動異常會對發電機組的轉動位置造成一定程度的磨損，振動嚴重會導致轉動位置溫度過高，燒壞轉動位置的零件，使滑環與電刷之間的磨損程度增加，發生電刷冒火花的情況。振動異常會對尾水管壁造成影響，使尾水管中水流脈動壓力過大，導致管壁出現裂縫，嚴重時可能出現整塊鋼板掉落現象。振動異常可能會出現共振現象，導致水力發電廠整體設備出現故障，造成嚴重經濟損失。

2 振動異常故障原因

2.1 水力原因

水輪機內外壓差不同，由于水輪機內部水力不平衡，導致振動異常。水輪機中的液態水在產生力時的穩定程度不夠，對水輪機發電機組的正常運行造成影響，平衡能力較差。由于不同季節及時間變化，水流速度具有不穩定性，這會對水輪機振動造成不同程度影響。水道內部壓力原因，由于水輪機尾水管的凹槽導致水輪機振動異常，其與最優工況偏離較大，導致水輪機發電機組運行聲音過大。一般情況下，尾水管凹槽的最優工況范圍是0.4～0.8倍，如果水道內部壓力過大，會增加振動頻率，嚴重時會使水力發電廠出現共振現象。

2.2 電氣原因

靜態氣隙原因，安裝水輪機定子與轉子時，沒有做到安裝同心，也可能是定子與轉子本身存在質量問題，導致靜態氣隙不均勻，對水輪機運行過程中的氣隙磁場產生影響，出現氣隙磁場不均勻甚至損壞情況。氣隙磁場損壞后，會對水輪機定子及轉子產生影響，導致水輪機振動異常。動態氣隙原因，水輪機磁極出現松動情況，氣隙在較小的空間位置變化，導致水輪機振動異常。安裝和調試水輪機過程中，由于出現動態氣隙情況，導致水輪機振動異常。

2.3 機械原因

機械軸線的原因，由于機械軸線不對稱，與水輪機轉子中心體不同心，或與水輪機發電機組軸心不對稱，導致水輪機振動異常。水輪機轉動零件原因，水輪機轉子運行過程中出現不平衡狀態，導致振動異常。

3 水力發電廠水輪機振動異常處理對策

3.1 水力原因處理對策

針對水輪機發電機組內部水力不平衡導致的振動異常情況，需要采取控制水流速的辦法，根據不同季節及時間變化合理制訂水流速管理方案，減少水力不平衡對水輪機運行帶來的影響。針對水輪機尾水管凹槽導致的振動異常情況，需要在安裝水輪機設備時，對尾水管凹槽進行優化，使其符合正常運轉要求，降低水輪機振動異常概率。

3.2 電氣原因處理對策

針對靜態氣隙原因導致的水輪機振動異常情況，安裝過程中，要準確對靜態氣隙進行測量，采取合理控制措施，保證轉子與定子質量，調整好磁極之間的靜態氣隙空間位置，提高水輪機的支撐能力及動態平衡精度。針對動態氣隙原因造成的影響，對水輪機零件進行加工時，要提高精準度，保證零件質量。運輸水輪機的過程中要做好保護工作，規范合理地對水輪機進行安裝調試，后期維護保養也要著重關注動態氣隙，避免出現轉子磁極松動問題，降低事故風險。

3.3 機械原因處理對策

針對機械軸線不對稱導致水輪機振動異常情況，要嚴格按照標準要求規范安裝水輪機。針對轉動零件引發的振動，要在安裝調試過程中采取相應解決措施，避免轉子出現不平衡情況，保證其正常運行。

4 結語

水輪機運行過程中會因一些因素導致出現振動異常情況，需要對其進行分析，合理處理。發生振動異常情況后，不能只針對水輪機表面進行分析，應運用科學合理的方法對其進行全面分析，制訂有針對性的解決方案。要充分掌握水輪機構造原理及內部結構，降低水輪機振動異常幾率，隨時記錄觀察水輪機運行狀態，保證其正常運行，提高運行效率。