摘要：在水轮发电机组运行期间，经常受到各种因素的影响，从而发生振动现象，这种振动现象的出现会损坏固定导叶和转轮结构，不利于水电站经济效益的提升，严重的情况下还会发生水电站安全事故。本文主要介绍了水轮发电机组振动情况，分析了水轮发电机组振动故障原因，并且提出了相应的振动问题处理对策，以此保证水轮发电机组运行的安全性。
关键词：水轮发电机组；振动问题；处理对策
在水电站内，经常遇到的现象便是水轮发电机组振动情况，其中产生的主要原因是受设计、安装以及运行等环节的影响，从而产生一系列问题，使其在运行过程中发生不同程度的振动，如果振动现象过于剧烈或者幅度超出国家规定标准的时候，那么，便会对水轮发电机组正常运行产生一系列不良影响。
1电站概况
某水电站整体库存是1230x103m³，其作为一个日调节水库，极端最高温度为37℃，最低温度是零下10℃，水电站最高海拔高度是1650m，从实际情况来看，平均含沙量是1.35kg/m³，这一电站装机的整体容量是58KW，一共包含4台混流式水轮发电机组，单机容量是15MW的2#、4#、1#和3#的单机容量是7kw。
该发电站水流发电机组主要是由悬吊式发电机和混流式水流机组件而成，摩擦剪切刚性连轴是水轮机的主轴，发电机一般是采取三相交流凸极式同步立轴悬垂式，这一发电机组的布置形式专门采取的是三支点布置形式。在此基础上，还使用了主轴径向不接触间隙式密封装置以及转轮泵站结构等多种先进技术。
2水轮发电机组振动论述
在水轮发电机组运行期间，机组振动通常是把水轮机当做主要的推动力，水能作用较大，可以有效激发水轮发电机组振动，同时，通过采取间接地方式，还可以保持机组振动情况。比如，从水轮机组结构上来看，其主要是由两个部分组建而成，分别为转动和固定，在水轮发电机组运行期间，如果有一个环节发生质量下降情况，那么都会使得机组发生振东现象。而水轮发电机组是旋转机械中经常出现的一种情况，只有采取相应的解决对策，才可以控制水轮电机组振动情况，以此提高机组可靠性，保证其稳定运行。可是，如果水轮发电机组振动问题比较严重的话，并且还无法使用有效措施将其控制在相应范围内，那么便会使水轮发电机组安全性能下降，严重的情况下还会使部门零件松动或者引起质量问题。
2.1水轮发电机组振动的类型
一般来讲，在水轮发电机组运行期间，振动情况是在所难免的。在混流式水轮内，经常受到一些因素的影响，出现水轮发电机组振动情况，比如尾气管涡带的压力和不平衡力，这两种是主要的影响因素，而不经常发生振动的方式包含三种现象，分别为共振、自激振动以及水体共振三种，任何部分的水体部位都有可能出现振动现象。在水轮发电机组振动的时候，时长发生的一种情况便是转子无法保持平衡，产生这一问题的原因在于转动部分经常看到，其中涉及到水利、机械以及电气不平衡，从实际情况来看，不平衡的频率和转速频率是相同的。
2.2水轮发电机组振动产生的危害性
旋转机械的振动经常发生，可是如果将振幅控制在合理范围内，那么便可以确保机组安全稳定的运行，但是遇到振动情况剧烈的现象，便无法使机组稳定运行。其中一般体现在：
第一，机组的各个连接位置发生松动，静止部件和转动部门之间产生了严重摩擦从而发生损坏现象，使得零部件和焊缝发生裂痕或者断开。
第二，尾水管低频压力脉动使得尾水管壁发生裂缝，在发电机和电力系统频率相同的情况下，共振现象随之出现，机组振动现象，严重的情况下还会使发电机机组从电力系统中分离出来，最终破坏掉整个厂房建筑物。
第三，振动情况使得机组出力不足，缩小了运动区域和寿命。
第四，在发生较大振动现象的时候，不仅会波动机组运行参数，同时还对机组的负荷分配以及整体供电质量产生相应的影响，阻碍了电站正常运行，为作业人员增加了一些麻烦，不利于电厂顺利发展。
3引发水轮发电机组运行振动问题的原因分析
3.1机械振动
水轮机和发电机两个方面产生机组机械振动的情况包含多个方面，分别为转子不平衡情况、机组轴线不正以及导轴承缺陷或者调整不合理等，其中主要体现在以下几点：
（1）转动部分质量平衡性不足
在机组振动中，水轮发电机组转动质量平衡性不足出现的离心力是经常遇到的原因之一。因为转子质量不平衡，转子重心位置和轴心位置之间产生了一个偏心距，在主轴进行转动的时候，受到失衡质量离心惯性力作用的影响，主轴发生弯曲变化现象，从中可以得出，轴的变形情况越大，那么振动现象也就越厉害。
（2）轴线不正
机组轴线不正情况会出现两个方面的振动现象。
第一，弓状回旋情况；转子和转轮两者的几何中心和旋转中心相分离，在运行的过程中，受这一现象的影响，出现了横向和纵向振动情况，两种振动情况的发生严重威胁到了推力轴承和导轴承的正常运行，从而增加了离心惯性力，扩大了振幅。在运行过程中可以看出，问题主要发生在由于运行时间过长，各个导轴之间间隙较大，修整不及时，或者检修质量较低等。某厂3000KW机组的导轴采取了两瓣筒式轴瓦，经过长时间运行无法合理调整之间产生的间隙，再加上没有备件可用，所以使得运行过程中轴线摆放不正，发生振动情况。
第二，摆振；受动水压力的影响，推力轴承位置出现摆振现象。因此，在进行安装和检查过程中，必须合理放置正轴线，将各个轴承之间的间隙设置在规定区域内。针对新型投产的机组而言，通常情况下，不会因为轴线不正而发生剧烈振动现象，可是对于运行较长时间之后的机组而言，受某些因素的影响，轴线发生转变情况，比如推力头之间配合密实度角度，卡环不均匀，推力头和镜板之间的垫受到破坏等，这些现象的出现都会造成机组振动。
（3）机组支撑结构或者轴系刚性不足
机组支撑结构刚性较低，受外力因素影响，发生了一系列变形现象，并且由于动刚度不足，国外，在不平衡力作用条件下，引发较大的振动现象。不管是在国内，还是都经常出现由于负荷机架、铁芯等刚性不足，机组频率下降，进而出现机组振动故障。举个例子，某水电站10mw发电机组运不久之后，机组振动情况超出标准要求，这是主要的原因，再加上机架强度性能不高，整体刚度较弱，机组后期返厂处理，针上述机架的支臂加强了固定，目的在于增加机组旋转位置的刚度性能，从一定方面上减少机组振动情况。其中振动现象主要体现在：振动幅度上升较快，振幅和刚度系数呈现正比现象，发电机定子振动情况比较明显振动频率表现为发电机频率。
3.2 所出现的电气原因
一般情况下，造成机组不稳定的情况是有很多的，主要的原因就是发电机三相不对称的运行、气隙不均匀的运行以及发电机的短路和定子铁芯安装不紧等问题造成的。
（1）三相不对称的运行问题
对于发电的过程来说，其中会存在很多因素，主要的就是三相不对称的问题。另外，如果当发电机的定子单相接地又或者是两相间短路的时候，都有可能会造成该情况的发生。那么在这些因素的基础上就可以看出，发电机中所产生的问题其实就是三相阻挠的不平衡电流，但是同时也会产生负电荷的电流，由此也就会引起负序的旋转磁场电流，但是当负序的磁场电流处于纵轴的时候，气隙小，所产生的定、转子间的作用力随之也会变大。如果反过来看的话，当负序磁场的电流处于横轴时，气隙小，那么定、转子的作用力会变小。由此研究可以看出，负序磁场的可以让电流变大变小，从而也会使定子的机座和转子机座产生振动。振动的特性也比较明显，处于比较优势的特点：①震幅有的时候会随着负荷的增大而增大；②震流和负序的比例是属于正比的。但是这样也可以采取一定的措施，提前就需要设置好阻尼绕组来减弱对负序的电流。但是当负序的磁场需要对相关的软、硬件进行切割时，有时候会因为电阻的漏电抗很小，会产生一定的副作用。但是因为安装在表面，就会产生很大的感性电流。
（2）气隙的不均匀的运行
气隙不均匀的运行也是造成机组不稳定的原因之一，气隙不均匀运行大体上可以分为两点，静态和动态。但是静态气隙不匀，就会造成发电机的转子或者是定子不圆，同时会产生两者属于不同心状态，也有可能会造成机组运行不稳的问题发生。假设发电机的磁极属于比较好的情况，在运行中也没有出现任何问题，那么是处于良好的效果。如果最小的气隙是属于固定的情况，那么产生的不匀问题其实就是静态问题了。可以从以上看出来，静态气隙不良因素比较多，可以导致发电机运行情况不稳，这样在发电机运行的时候会产生对相对静止的影响，进而会使周期的性交磁力变大，由此也会引起对发电机的振动。比如，在铜街子1号的发电机轴承上经过一段时间的运行后，就会产生，摆渡逐渐增大的问题，会使机组产生危机。一开始怀疑的原因有很多，尤其是多次经过修改和调整之后，也没有良好的效果。后来又经过反复的检查以后才发现，最根本的原因就是，静态的气隙不均匀造成的问题，这样在修理好该问题后，机组又可以正常工作了。一般来说，气隙不均匀现象有两种：第一就是如果发现发电机的转子出现问题后，就可以判定是其他原因造成的气隙在运行中的不稳，那么此时就可以采取有效的措施就行处理；第二，如果静态的气隙一样时，但是可以看出转子上产生的频率和现在的振动不一样。
（3）有关于定子铁芯装接是装压不稳的问题
在实际的工厂应用过程中，通常情况下，在我们所使用的发电机在运营过一段时间以后，由于长时间的机器劳损以及内部发电器件的长时间的磨损以后，这时，就非常容易出现在机器长时间运行以后的通病。那就是在发电机器内部的铁芯片松动的问题，这种现象的产生，一般是由于在电机内部，定子铁芯片压力不足，压力不紧的情况导致的。在发电机的机器内部出现问题以及出现问题的症结点通常是发生于铁芯片的尾端，相结合处预计以及相互接触的齿部。
在发电机内部进行设计时，通常情况下得需要注意发电机内部的铁芯的设定以及相关机座的处理，在特定的实验环境下，在以往的实验过程中，铁芯在实验环境下的热膨胀是受限于发电机的机座影响的，从而在使用时，发电机的定子铁芯就会产生相应的歪曲，在发电机运行时，由于通电后，受所通电的电磁力的相互影响，发电机进行正常运转产生动能，故所以，在发电机的运转中，由于铁芯内部的松紧度以及铁芯在受热后的歪曲度都会影响到电机在实际运行过程中的电机温度，过高，以及电机的运行噪音的问题。所以，我们设计者在进行电机的初步设计时，一定得注意电机的内部铁芯和电机机座的相互关系，在设计时，参数要进行相互的协调热变形。
4、水轮发电机组允许中振动问题的解决措施
4.1机械原因
（1）转动部分质量不平衡措施
在发生这种现象之后，应当实施转子的动静平衡实验，尽可能减少不平衡重量，从根本上彻底消除这一情况。对于高速、长转子机组而言，要从机组上下导承的摆动值入手，在转子上部或者下部的不同位置处进行配重。比如，在某水电厂内，可以开展现场动平衡实验，彻底消除转动部分质量不平衡情况，提升机组的安全性。
（2）轴线不正解决措施
不断提升安装精度和制造水平，尽可能减少机组轴线、发电机定转子以及推力轴垂直度不高等问题。
（3）机组支撑结构或者轴系刚性不足解决措施
在设计期间，要保证刚度充足，保证机组稳定运行，禁止为了节省材料和减少成本而减少机组支撑结构安全性的现象。
（4）导轴缺陷或者间隙调整不合理现象
选择合理的冷态间隙，保证机组稳定运行。
4.2电气问题措施
（1）三相不对称措施
相关的处理措施：可以提前设置好阻尼绕组来减弱对电流所产生的作用；可以在电流运行的时候采取措施。
（2）气隙不均匀措施
相关的处理措施：可以适当的提高对转子和定子的园度和同心度；对于机架上的径向进行支撑；采取适当的方法提升对动平衡和静平衡的精度；防止发电机在运行中出来的问题。
（3）有关于定子铁芯装接装压不稳问题的解决措施
针对上述出现的问题预防以及事后的相关处理方法：首先，在最初步的电机铁芯片进行设计以及在实际的安装过程中，要提升定子铁芯在完成时统一的整体性以及铁芯独有的刚性。其次，在进行定子铁芯片的松紧度确定时，用综合考虑各种因素在内，在进行合理的定子铁芯片选择时，要把在实际的生产使用中铁芯片实际的具体构造，在进行米数定量传输时运用的芯片的材质以及使用长度，包括在实际的发电机运行过程中的实际的定子铁芯片的负载荷度以及承压功率问题，因此在上述因素的综合考量下，要慎重合理的选择定子铁芯片的定制。在进行定子铁芯片的设计时，最后注意的是选用后的细节问题。在定子铁芯片进行过不同程度的芯片过度的堆积后，，通常采用分段热压。
4.3水轮机发电机组运行振动问题的处理原则
在去除振动前期阶段中，要加强对其的调查和分析，明确探究该振动是否存在继续延伸的情况，并且记录好振动范围。这样做的目的是为了有助于更加良好的开展诊断工作，查找原因，防止问题加剧。
第一，在遵循先易后难的基础原则上排除振动故障情况，逐渐寻找存在的实质性原因，随后，全面性的减少振动情况，实现节约成本的目标。
第二，首先，可以排除一些明显比较常见的因素，对于可能引起振动的因素应当逐渐进行排查，以免由于疏忽产生更大的误差现象，比如零件松懈等问题。
第三，详细检查分析间隙程度，并且从实际现状入手，做出相应的处理工作，另外，还可以采取综合平衡方法合理控制机组运行现状，减少不平衡力的发生。
5、结语：
水轮发电机组作为水电站的核心组成部分，它的安全稳定运行关乎整个水电站的经济效益和运行效益。因此，需要结合振动问题产生原因，采取有针对性的措施解决机组振动问题，提升水轮发电机组运行稳定性和可靠性。
参考文献：
[1]张金林，黄忠.水轮发电机组振摆在线监测系统及应用——以陡岭子水电站为例[J].水电与新能源，2015
[2]刘强.水轮发电机组运行中的振动分析[J].中国高新技术企业，2015
论文作者:符兆静
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
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