摘要：水力发电厂的水轮机出现运行故障，将会直接关系到整个电力运输系统的安全可靠性，发电厂的工作人员要充分认识到在发电系统中的水轮机运行质量重要性，以实际的运行情况作为出发点，明确故障发生的现象，掌握故障发生的原因，增强处理故障的能力，才能最大程度地避免水轮机故障发生，提升水轮机工作能力和工作效率。本文以水轮机调速器低频振动为研究对象，分析了相关原因与处理措施，以供借鉴。
关键词：水轮机；调速器；低频振动；处理
前言
随着经济的发展、科学技术的广泛应用，人们的生产、生活对电能的需求不断增加。与火力发电相比，水力发电凭借自身环保、安全的优势越来越受到人们的重视和青睐。但是，在水电站发电机组运行过程中，机组可能会受到某些因素的影响而出现故障。在水力发电中，作为水轮发电机组工作人员，需要明确相关问题，加强水轮机日常管理，确保发电机组安全、稳定、高效运行，这是水力发电事业实现长远发展的基础保障。
1水轮机振动的危害
对于一般振动，并不会对机组造成危害，但如果振动超出了允许范围，特别是长时间的振动与共振，将对发电的质量、机组设备寿命、各附属设备与仪器、基础与周边建筑造成很大影响，甚至带来十分严重的危害，这些危害主要包括以下几个方面：
（1）在机组零部件及焊缝之间产生疲劳破坏区，且这一区域将不断扩大，导致裂纹的产生，严重时，将造成断裂损坏。（2）机组上某些紧固件由于振动变松，除了会使这些紧固件产生断裂，还会加剧与其相连的部分的振动，使损坏速度加快，缩短使用寿命。（3）增加机组转动机构磨损，比如大轴发生剧烈摆动，导致轴和轴瓦大幅温升，最终烧毁；又比如发电机的转子产生剧烈振动，使滑环和电刷之间的磨损加剧，温度大幅升高，将轴瓦烧毁，同时还会使电刷上的火花大量增加。（4）在尾水管中，涡流将产生一定脉动压力，导致过水系统产生明显的振荡，在尾水管壁上出现若干裂缝，当情况比较严重时，还会使尾水设施被严重破坏。
2振动原因分析
2.1机械振动原因
机械振动引起的主要原因如下：
（1）转子质量不平衡，当转子重心与轴心产生偏心距，由于质量失衡，离心力的作用，主轴将产生弯曲变形，随着速度的加大，振动越严重。（2）机组轴线不正，当转动部分的总轴向力不通过推力轴承中心时，产生的偏心力矩随着转速的升高，振动也随之增大（水平与垂直都会增大）。（3）机组转动部分与固定部分有碰擦，引起振动。由于机组轴线不正，转子、转轮等转动部分在运转过程中可能会与固定部分发生碰擦，导致机组异常振动。（4）活动导叶发生倾斜，引起振动。长期运行后，导叶轴颈与轴瓦间间隙增大，导叶位置发生倾斜，可能会因为与顶盖、底环碰撞而引起振动。
根据异常振动的现象，如果是转子质量不平衡、机组轴线不正、机组转动部分与固定部分有碰擦的原因引起，那么空转时随着机组转速增加，振动、摆度就会大。因此排除这3种机械原因。
2.2水力原因
2.2.1低频涡带
对混流式与轴流定桨式两种水轮机而言，低频涡带是在以上两种水轮机处于部分负荷条件下时，在尾水管当中产生的现象，即流体不稳定流动。当水轮机运行于非设计工况时，因转轮出口部位存在旋转水流与脱流漩涡，所以在尾水管当中将产生明显的水压脉动。特别是在尾水管当中产生大涡带以后，这一涡带将以近似固定的频率于尾水管中发生转动，使水流在低频压力作用下发生脉动。如果尾水管中的水流已经发生，则在压力脉动作用下，将产生一系列振动，如尾水管壁振动、转轮振动、导水机构振动、蜗壳振动与压力管道振动等。
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2.2.2水力失衡
水流在具备位能与动能之后，将在蜗壳作用下产生环流，之后转轮由于受到导叶持续作用（包括固定导叶与活动导叶，但无论哪一种导叶，其分布均保持均匀）而开始旋转。因加工与安装无法避免误差的产生，导致导水叶的流道及叶片，在形状和尺寸等方面存在很大的差别，直接或间接作用在转轮上的水流，如果失去轴对称，将产生不平衡的横向作用力，导致转轮发生振动，这一振动在空载状态和低负荷运行状态更为强烈。
3振动问题的处理措施
3.1做好水轮机运行检查工作
（1）首先对水轮发电机组过流部件进行检查，检查蜗壳与固定导叶内是否有异物；（2）检查转轮是否有大的裂纹，检查活动导叶是否发生倾斜；（3）如对过流部件检查没有发现问题，进一步进行机组稳定性试验，测试出机组在异常振动工况下的电气、振动、摆度、压力脉动等各项参数。根据测试出机组在异常振动时的各项参数，分析查找引起异常振动的原因，并制定可行的解决方案。如还没有查出问题，对机组进行解体大修处理。
3.2加强机组的日常维护
对发电机组进行日常维护是确保发电机组正常运行的基础和重要保障。由于水轮发电机组正常运行过程中，一些杂物会随着水流进入发电机，这时需要对水轮发机组开展定期的清理工作，通过开展清理工作，清除杂物避免出现堵塞等问题，从而保证水轮发电机组的清洁性。另外，还需要及时清理水轮发电机周围的积水，避免积水引发的各种故障。对于水轮发电机组检修人员来说，在检修过程中发现水轮发电机组出现故障，需要及时找到故障点，并采取相应的故障解决措施，确保机组正常运行。同时，根据水轮发电机组运行的实际情况，定期更换压轴装置中的油泵，为调速器杠杆连接处注入机油，确保连接处的润滑性，避免连接处发生锈蚀，影响发电机组运行的平稳性、安全性。
3.3帮助发电机恢复同步
当水轮机的发电机设备发生振荡的时候，相关的工作人员要想方设法地增加发电机的励磁电流，这样便能够将水轮机发电机设备恢复到同时期的条件。在为发电机安装配置强行励磁装置和自动电压调整器的时候，发电机一端的电压会因为出现降低而导致电压调整起出现变化，从而使励磁电流能够实现最大值，这时候就可以适当地根据实际发电机和水轮机运行情况降低这个水轮机机组的负荷，这样便可以帮助发电机恢复同步。当整个电站系统丧失了同步之后，发电站所有的发电机设备都会出现震荡的现象，这时候应该及时增加各个机组的电流供应，如果不能及时恢复同步也要在最短的时间内解列系统与机组。
3.4更换绝缘套、紧固受油器把紧螺栓
初步紧固受油器底部把紧螺栓，重新进行轮叶操作试验，并且重新安装新的屈服连杆组件，可以使受油器初始振动控制良好，避免再次出现调速系统共振情况。为了进一步使受油器把紧螺栓松动得到处理，逐个检查把紧螺栓，对一些尼龙绝缘套的肩部存在压损情况的、个别甚至已经完全破裂分离的，要及时更换该部位全部绝缘套，新绝缘套选用更高强度的环氧材质。
结语
综上所述，在水力发电中，水轮机作为水电站发电的重要设备，如果出现故障，就会影响水轮机正常运行，造成一定程度的损失。基于此，需要明确产生振动的具体原因并采取有效的处理措施。针对水轮机调速器低频振动问题，需要完善相应的检修方式，排除水轮机存在的故障，最大限度地降低水轮机故障。并且，检修人员需要不断积累自己的检修经验和检修技能，在一定程度上提升水轮机运行的安全性，充分发挥水轮机的作用，进而创造更大的价值。
参考文献:
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[3]庞敏.水轮发电机组常见故障及处理措施分析[J].中国新技术新产品,2019(23):40-41.
论文作者:陈魁林
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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