摘要：随着我国经济的快速发展和社会的日益稳定，人们对物质生活也提出了更高的要求，水力发电机组受到了越来越多人的关注。其中，最受人关注的就是水力发电机组运行稳定性监测方面的内容，并且相关人员在调研时发现了其中存在的一系列问题，包括水力发电机组轴系运行与监测的联系、传统的数据监测方法存在一定的弊端和水力发电机组经常出现振动的情况等。对这些问题的探究将会进一步提升对水力发电机组运行稳定性的监测水平，合理解决出现的故障，从而提高我国水力电气的整体水平，继而推动我国经济的蓬勃发展。
关键词：水力发电机组；运行稳定性监测；振动故障；数据监测
1 水力发电机组运行稳定性的监测
通过对水力发电机组的运行稳定性进行监测，能够及时掌握不稳定区域的危险运行工况，并能够有效避免危险点的运行，以便有效延长机组的使用寿命，同时还可以针对大修及小修后机组运行状态进行及时掌握，以便全面有效地了解检修的效果，从而为机组的状态检修奠定基础。目前，有关水力发电机组运行稳定性的监测系统已经得到了较为成熟的发展和应用，其主要由传感器测点、预处理及信号采集单元、上位机服务器等3个方面构成。
1.1 传感器测点的相关布置
水力发电机组运行稳定性常会受到机械、电气以及水力等多方面因素的影响，因而系统通常会进行6路摆度测点、1路抬机量、12路振动测点以及7路压力脉动的设计。此外，还会进行有功及无功功率、励磁及出口开关测点的设置。通过此类传感器测点能够以机组运行情况及事故原因为依据，进行合理分析并作出判断。
1.2 预处理及信号采集单元
此单元主要由传感器的电源箱、预处理及信号采集单元、键盘、鼠标、液晶显示器、逆变电源、共享器以及集线器等构成。此部分在系统中具有承上启下的功能，其采用双工业级主板，自身就是2套计算机系统，其中，信号采集的单元主要负责对各路模拟量、开关量以及键相等信号进行采集，并以系统的具体要求为依据，对各信号进行相应的放大、滤波以及AD转换等过程，使得系统进行在线记录，并将所采集信号传输至预处理单元。对于预处理单元而言，其主要负责对系统所采集及传输的数据进行有效分解，进而对系统分析需要的各信号特征值进行提取，例如信号的振幅、频率以及相位，转频及随机信号等等，而后以机组运行过程的不同状态为依据将数据进行归类和整理，从而得到机组不同运行情况下不同测点运行的趋势情况，作为整个系统的监测、分析以及故障的诊断过程数据的来源，并借助于网络将数据传至服务器中。
1.3 选择环境参量
由于水力发电机组振动情况常会受到机组工况的影响，因而其振动分析过程均需对机组即时运行状态进行充分的考虑。因此，系统引入了有功功率、接力器行程、无功功率、出口开关以及励磁开关等环境参量。
2 机组机械方面运行问题与预防措施
2.1 轴线不正与对中不良
轴线不正与对中不良主要表现为：上端轴与转子中心体未能同心；机组轴线与转子中心体未能同心；发电机与水轮机二者轴线不处在同一直线；机组转轴出现偏心或弯曲；定、转子未能同心；止漏环未能同心等。
考虑到以上问题都和生产制造及安装施工有关，所以加强生产制造及安装施工过程中的质量控制是预防这些问题发生的有效措施[2]。
2.2 转动部分质量无法达到平衡
转动部分质量无法达到平衡是导致机组发生振动的主要原因，可分成静态与动态。其中，动态是指机组开始运行时，或持续运行一定时间后，因机组振动导致零部件出现位移和松动，进而使旋转质量无法达到平衡。比如，因磁轭紧量较小，在运行过程中产生径向外移，使质量难以达到平衡。除此之外，如果机组转速较高，且转子长度较大，则还会产生不平衡力偶。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
预防措施为：根据实际要求严格生产制造，并保证安装施工质量；通过对相关技术措施的合理应用来避免磁轭在运行过程中发生外移；借助现代检测装置与平衡重配置计算机软件，开展平衡分析试验，以解决质量无法达到平衡的问题[3]。
2.3 支撑、轴系刚度有待增加
如果支撑部分刚度较小，则在受到外力后极易产生变形，而且变形程度往往较大；如果动态刚度较小，则受到力矩持续作用后，会产生一定程度的振动。对此，必须对支撑及轴系的刚度给予足够重视，避免发生安全事故。
预防措施为：在对机组支撑及轴系进行设计时，必须增加刚度，保证机组实际运行的安全性与稳定性，严防为缩减成本而擅自降低安全储备[4]。
3水力发电机组的维护和故障消除
一般来说，水力发电机组产生故障大都是由于机组振动所致，而振动源主要来自于水力、电磁以及机械等多个方面[3]。因此需要充分的考虑机组自身的旋转和固定，同时还必须要对流体水压方面的引水系统、过流部件以及机组电磁振动等多个方面所产生的影响进行综合考虑。
3.1 水力发电机组振动故障的原因及处理
水力发电机组产生振动故障的原因主要有以下几个方面：（1）机械振动。这种振动是所有振动故障当中比较常见的一种类型，主要是因为转子的质量没有处在一种平衡的状态，同时机组方面的主线也不够端正，从而导致轴承自身具备严重缺陷，进而产生一系列的摩擦所致。其中，转子的质量平衡性是导致其本身重心同轴线产生偏心距的主要原因，从而直接导致机组产生相应的振动。而机组方面的轴线不正最终将引发振动故障，不过，通常都不严重。（2）水力振动。这种振动故障比较常见，引发振动的主要原因还是水力不平衡、空气腐蚀以及卡门涡流等。（3）电磁振动。这种振动故障一般都是由于其定转子的间隙不均匀所致，而相应的定转子磁场轴线并没有重合，导致其励磁绕组间出现一系列的短路情况。这种情况的出现将直接引起定、转子之间的间隙磁通量严重不均匀，最终导致机组产生故障。
对于水力发电机组故障处理，主要有以下几点：（1）需要判断其产生振动的具体原因，可以直接从多个方面和角度来进行试验和分析。由于机组当中包含多个导轴系，在其运行一段时间之后，其上导轴的振动情况将变得比较严重，在停机之后会发现其下导轴承的轴固定螺钉呈现断裂趋势，上导轴也将产生裂纹。所以就需要严密检查机组当中的各个零部件，例行检查工作不能懈怠。（2）采取故障检测试验来查找和分析，比如可进行振动试验来找出机组振动情况加剧的主要原因，也可再次进行转速试验来分析转子质量的平衡性。另外，还需配合励磁电流试验、带负荷等试验同时进行[4]。
3.2 水力发电机组故障消除办法
由于水力发电机组的组成部件繁多，各部件必须在最优工况下运行，才能有效保障水力发电机组的工作效率。而水力发电机组的振动对于其本身的安全运行也起到了较为直接的影响，一旦其无法进行合理有效的控制，必然会引发非常严重的事故发生。因此需要仔细检查机组的装置是否存在相应的稳定性因素，同时对机架做好稳定性检查，严格检查内部的固定性是否牢固，一旦发现存在松动的隐患，应当立即进行加固处理。而针对导轴承则需要进行稳定性监测，定期观察是否存在隐患缺陷。做好转轮的检查工作，观察和其他部件的连接是否正常，连接点一旦存在故障应当立刻进行重新安装连接。另外，也可以采取改变运行条件的方式来尽可能的避免水力发电机组的不稳定情况。比如采用错频的方式就能很好的针对水力发电机组的不稳定情况加以改善。
4 结语
我国水力发电事业已经过了百年的发展，将来必定有更多机组投入生产，而更加重要的是保证机组运行的安全性与稳定性。实际工作中应根据机组类型、特点，有目的性的预测可能发生的问题，并制定、采取行之有效的预防措施，从而做到防范于未然，达到保证机组安全、稳定运行的根本目标。
参考文献：
[1]肖小清，黄谦.水轮发电机组转子配重的实际应用[J].低碳世界，2016（32）：102-103.
[2]谢兴平.水轮发电机组振动在线监测和故障诊断探讨[J].低碳世界，2016（04）：42-43.
[3]聂学东.关于水力发电机组状态检修的一些看法[J].科技创业家，2013（18）：98.
[4]王纯德.大型水力发电机组开关非全相运行处理方法研究[J].中国新技术新产品，2013（03）：11.
论文作者:李梦清
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：机组论文; 水力发电论文; 转子论文; 故障论文; 稳定性论文; 信号论文; 轴线论文; 《电力设备》2019年第19期论文;