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摘要：水轮发电机组在运行过程中常常会出现机械振动现象，无论是新机组或是运行了若干年后的老机组均无法避免不同程度的振动，如果振动的幅度超过相关标准规定值，将会影响机组的正常运行，甚至会严重损坏水轮发电机组的相关部件，造成无法挽回的损失。本文结合类似水电站运行状况和本人工作中的实际工作经验，对水轮发电机组运行中产生震动的原因和处理方法进行了分析。
关键词：水轮发电机组；机组振动；
一、水轮发电机振动产生的原因
造成水轮机组震动的本质是机组运行过程中产生的不平衡力，机组旋转部分在运动中受到不平衡力作用后产生不规则的振动，具体有以下三种类型：
1.1水利不平衡
1.1.1水轮的振动是因为水流失去平衡而造成的，这主要是因为过流通道两边不对称，比如：蜗壳的形状没有达到所规定的标准，那么导叶就不会均匀扩张，会导致转轮叶片两边的压力不匀、在流道中有不明物质等问题。
1.1.2尾水管中水力不稳定、不平衡。由于尾水管中的水压周期性不稳定导致尾水管的水力不稳定，压力脉动会使机组振动，同时会对尾水管造成威胁，如果圆周分量的旋流分量达到一定的值时，会使尾水管发生周期性的变化、会引起管壁的振动、会影响水轮机组的正常运行。
1.2机械不平衡
1.2.1主要有水轮机质量失衡、发电机质量失衡、机组镜板水平调整差、大轴轴线不正、三导轴承不同心等。实践证明，水轮发电机组的振动大多数是由于发电机转子的质量不平衡造成，尤其是大中型水轮发电机组，其直径和重量一般都很大。均在现场叠装而成。虽然在安装过程中为了使转子均质分布而采用了对磁轭铁片称重分类进行叠装和转子磁极称重后均衡配置的措施，但仍然无法做到绝对均衡。
1.3电磁不平衡
1.3.1电磁振动是发电机在运行时由于电磁力的干扰而引起的电磁振动。 主要由于发电机的短路和发电机不对称的运行引起的情况：（1）发电机三相不对称运行会引起三相的电流不平衡，会产生一个正序和负序的旋转磁场，负序的旋转磁场在转子附近运行时，会根据间隙的大小和磁阻的大小会让转子和定子之间产生不同的作用力，会使力矩之间以两倍的频率去振动，最后使转子和定子之间振动；（2）发电机短路。发电机在工作时出现短路的状况会使转子受到定于绕组端部与铁芯之间的作用力，并给发电机部件带来危害。
二、水轮发电机组振动标准及处理方法
2.1 机组振动标准
根据GB-T7894-2001水轮发电机基本技术条件要求如下：
另外，对于水力机器或机组转轴相对振动位移峰-峰值的评判标准可参考GB /T 11348.5-2002《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》-第5部分:水力发电厂和泵站机组的相关要求，根据不同转速下转动部件的相对振动位移峰-峰值实际值可查表判断是否在安全值范围内运行。
2.2 水轮发电机组振动的处理方法
2.2.1 对于新安装的机组而言，出现水利不平衡和电磁不平衡的可能性较小，现在的绝大部分机组型号都是定型产品，且经过多年运行考验，设计上非常完善，唯一难以避免的是机械不平衡，许多中大型机组由于受运输条件的限制无法整装到现场，因此需要在现场组装完成，更加难以处理机组的不平衡性。
典型案例：塔吉克斯坦GOLAFUNAYA水电站4号机组扩容改造项目，本项目于2012年5月开工至2013年1月改造完成，机组类型为轴流转浆式水轮发电组，水轮机型号：ZZ550-LJ-520 发电机型号：SF-J45-44/8500,额定出力：45MW额定水头：30米，额定转速136.4RPM.
机组运行一年以后，出现剧烈振动现象，导致上导轴瓦固定螺栓的螺帽松动，上导轴瓦处于不受力状态，上导轴承座双幅振动达0.6mm,已严重超出标准范围，为了全面了解该机组运行稳定性情况，特对机组进行了稳定性试验。
通过在空载、20%负载、40%负载、60%负载、80%负载、100%负载各工况点检测水利脉动、机械不平衡、磁拉力不平衡对机组的影响，最终结果显示水利脉动和磁拉力不平衡对机组的影响较小，机械不平衡所产生的振动频率与脉冲探头所发出的主频相同，因此作为主要因素考虑。解决机械重量不平衡的主要方法是配重，使得转动部件受力均匀，以到达动平衡稳定的目的，具体做法是在转子支架中间部位增加配重块，根据测试结果显示配重块重量为55KG，配重后机组上导轴承、推力轴承、水导轴承处的振动明显减小，转动部件各部位的双幅摆度峰-峰值在各工况点下的均小于160µm，其轴承座的振动幅值均小于80µm，到达新机组安全运行标准。
2.2.2 对于运行多年的老机组由于定子铁芯松动、转子磁极键松动、气隙不均匀等因素，将会导致机组运行时定子铁芯发热并产生振动、电磁拉力不平衡导致转动部件的振动。对于上述情况，均需要拆卸机组大修，定子铁芯松动要视情况确定是否需要拆卸后重新叠片还是仅紧固固定螺栓。
2.2.3 因水利因素产生的振动一般比较少，而且处理较为困难，要解决流道中产生的压力脉动问题，必须分析是因为蜗壳或尾水管设计不合理、导叶的变形量较大或是设计中出现失误导致、转轮由于气蚀或是磨损导致变形量大或是设计不可理，根据实际情况给出合理的解决方案。
三、结语
水轮发电机组在运行过程中产生振动是一个普遍现场，受发电机的设计、制造、安装、运行维护情况等方面的影响，不同的水电站出现振动的情况也不一样，如果机组长期带病运行，将会对水轮发电机组造成极大破坏，并严重影响各企业的经济效益。因此，我们必须根据每台机组的特点进行认真的分析，遇到不同的水轮发电机振动的情况，我们要及时对机组进行必要的或是全面的检测，然后采取适当的方法解决问题，让水轮发电机组能够安全地进行工作。
参考文献：
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[2] 马骏华 .水轮发电机组振动分析 .工业技术，2017.
[3] 黄万全 .水轮发电机组常见振动原因分析[J].青海电力，2014（12）.
论文作者:罗名声
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：机组论文; 水轮论文; 不平衡论文; 转子论文; 发电机论文; 定子论文; 水管论文; 《电力设备》2018年第30期论文;