摘要：随着中国社会经济的快速发展，中国的水电建设取得了巨大成就。但是，大量的新水电机组投入运行，单位设备的制造，调试，安装和接收并不完善。这引起了水电机组运行中的问题。本文分析了水电机组的运行稳定性和振动，并提出了一些参考意见和措施。
关键词：水电机组；运行稳定性；振动
引言
一般情况下，在我国水电机组运行过程中，电气以及水力和相关机械都会对其产生重要影响作用。由于各水轮机组相关零部件质量不同，从而导致水轮机的运行稳定性受到严重影响。除此之外，水电机组运行设备稳定性还与水管涡带具有一定关系。这些不同因素，都会导致水轮机组在运行过程中出现相关运行故障。水力发电机，因其自身的特点以及工作环境的限制，产生振动是不可避免的，振动如果实在发电机设计范围之内，则造成的危害不大，也是发电机正常出现的现象，但是如果振动超过发电机出厂设计范围，则所带来的危险是比较大的，如果不进行治理，发电机很可能失去使用价值或者存在的必要。
1、水电机组稳定性分析
1.1水力发电机组的振动与摆度
《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》中的第五部分可以很好的评价水力发电厂中水电机组中不同的振动与摆度，这部分也严格规定了水里发电厂中发电机组的标准细则。若是要依照发电机厂的自身情况来制定符合实际情况的评价标准，则可以依据《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》中的第一部分的相关内容，并随时监测系统的报警定值。
1.3水压脉动
轮转相关技术的指标与轮转模性实验的验收规程能够准确的评价水电机组的水压脉动，在《水力机械振动和脉动现场测试规程》的相关文件中，明确规定了实时监测系统的固定报警值，同时也拟定了合理的水压脉动的评价标准。
2、水电机组运行振动分析
从振动的原因来看，一般有机械、水力等方面的原因。
2.1 机械振动
由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的干扰造成的振动叫做机械振动。当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时。将发生共振，引起机组出力大幅度波动，可能会造成机组从电力系统中解列，下面介绍下机械振动的原因具体分析如下：
引起机械振动的因素有：转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等特子质量不平街。由于转子质量不平衡，转子重心与轴心产生一个偏心距。当主轴旋转时，由于失平衡质量离心惯性力的作用，主轴将产生弯曲变形，轴变形越大，振动也越严重，在制造时，要进行转于的静平衡、动平衡试验，使不平衡重量尽可能小，从根本上消除这种振动的原因。轴线不正：机组轴线不正会引起两种形式的振动，弓状回旋。
2.2水力因素
振动的水力因素系指振动中的干扰力来自水轮机水力部分的动水压力。其特征是带有随机性，且当机组处在非设计工况或过渡工况运行时，因水流状况恶化，机组各部件的振动亦明显增大。由于单位体积水流的能量取决于水头，所以机组的振动一般是随水头的降低而减弱。高水头、低负荷时振动相对而言较为严重，产生振动的水力因素主要有：卡门涡列、尾水管低频水压脉动、水力不平衡等。
2.2.1卡门涡列
恒定流束绕过物体时，在出口边的两侧出现漩祸，形成旋转方向相反、有规则交错排列的线涡，进而互相干扰、互相吸引，形成非线型的涡列、俗称卡门涡列.当卡门涡列的冲击频率接近于转动体叶片的固有频率时，将产生共振，并拌有较强的且频率比较单一的噪声和金属共鸣声。
2.2.2尾水管低频水压脉动
水轮机在非设计工况下运行时，由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和汽蚀等影响，在尾水管内常引起水压脉动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆尤其是在尾水管内出现大涡带后，涡带以近于固定的频率在管内转动，引起水流低频压力脉动。当管内水流一经发生，压力脉动就会激起尾水管壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道的振动。
2.2.3水力不平衡
水力不平衡是水力因素中最显著的一点，也是最突出的一点。水是液态的，其所产生的力也是变化不定的，其对水利发电机所造成的力就会不平衡，尤其对于发电机中的转轮来说。水的力大多与其自身的流速有关，但是水的流速不是很稳定的，不同的季节，不同的时段，其流速也是会有所不同的，因此其产生的力就相对于发电机组来说就不会太稳定，从而造成发电机组的转轮等的振动。
3、防止水电机组运行不稳定性及产生振动的改进建议
3.1 要不断加强水电机组相关运行设备的设计科学性
在具体优化设计过程中，要确保水轮机的水流装机叶片头不会出现在水流入口处，从而防止形成冲角；与此同时，要确保水轮机的出水口方向带有正环量，从而避免水流逆行。由于在冲角过大的情况下，水流装机叶片头部位置会脱硫，从而形成叶道涡，由此而导致水压脉动产生低频或者高频问题。因此，想要避免上述问题出现，就需要确保水电机组能够正常运行。通过科学处理导叶出水口部位叶道涡和卡门涡的问题及转轮叶片运行问题，从而防止水轮机出现压力脉动以及空蚀现象。在此过程中，还需要不断对水头的变化情况进行有效控制，从而有效减小其变化幅度。一般而言，最佳水头幅度应该控制在35%左右。与此同时，不断减小水电机组的单位转速。通过进一步改进水头设计方式，从而提高水电机组的运行稳定性，并对水电机的水头振动问题进行有效控制。
3.2 进一步优化水电机组技术操作流程
在对水电机组的相关运行部件进行优化设计过程中，不能盲目选择较大参数的运行设备，通过适当减少水轮机叶片数目以及叶片实际厚度，在设备选型时，尽量选择具有负倾角的水轮机叶片，从而使其更好地適应不断变化的高水头。同时，要针对不同水电站的实际情况，在选择水轮机叶片长度与实际厚度时需要综合考虑相关因素。一般而言，在设计过程中，应该将水轮机过流表面结构设计为翼型结构，通过不断优化技术工艺，从而采用精铸性的结构构件，转轮叶片等运行设备需要经过数控机床的科学加工。在技术加工时，为了防止水电机组运行设备出现裂纹，应该采用热处理技术工艺以及焊接和探伤等有效降低水轮机组的残余力。
3.3 确保水电机组能够正常安全运行
除了上述相关技术措施之外，还应该在日常运行过程中，通过规范的技术操作流程确保水电机组正常、安全运行。比如，在水电机组相关设备停机以及启动和加载、卸载等运行环节，需要相关操作人员或技术管理人员进行严格控制，从而避免盲目操作实践，导致水电机组运行设备寿命不断缩减。通常情况下，技术人员如果不能按照相关技术操作流程进行管理和控制，则会导致水电机组的水轮机叶片产生开裂现象。特别是对于一些额定水头值相对较低的水电机组而言，需要不断加大水头高度，从而使水轮机组的运行稳定性进一步提高。只有采取严格的技术控制措施，才能有效缓解以及不断提升水电站水电机组的出力程度，从而拓展水电机组的技术调节范围，以此防范水轮机组在日常运行过程中出现严重的叶片开裂现象，从而导致水电机组运行稳定性受到影响以及相关运行设备产生振动。
结语
总而言之，鉴于上述问题，要想实现水电机组运行稳定性与振动问题的改善必须要通过减振防振措施、水电机组优化运行等途径实现，对此，我国政府及相关部门应加以充分重视，极大技术、资金投入，深入开展对水电机组运行稳定性及振动方面问题的研究，并广泛借鉴国内外发达国家经验，只有这样才能够真正实现我国水利事业的发展。
参考文献：
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[3]李龙，张伟.水电机组稳定性状态优化调整研究[J].水电能源科学，2010，08：126-128
论文作者:黄钦洪
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/3
标签：机组论文; 水电论文; 水轮机论文; 水力论文; 水头论文; 叶片论文; 水压论文; 《河南电力》2018年23期论文;