（重庆三峡水利发电有限公司 重庆 404100）
摘要：水利工程在发电、蓄洪、航运等方面发挥了重要作用，因此定期开展水利工程内部机电设备的检修维护十分必要。水轮发电机组作为水利工程中的核心设备，随着使用年限的增长或是工作环境的影响，常常会出现振动现象，如果不能及时查明振动原因，并采取有效的减振、防振措施，久而久之就容易产生安全问题。因此，水电站技术人员需要明确水轮机发电机组振动原因，进而采取有效的解决方案。
关键词：水利发电机组；振动问题；成因分析；解决措施
水轮发电机组振动是水电站运行过程中常见的一种问题，尤其是在一些投入运行年限较长的水电站，振动问题更加明显。文章首先列举了几种常见的引发水轮发电机组振动故障的原因，随后结合某工程实例子，提出了具体的故障解决方案。
一、水轮发电机组振动成因分析
大量的工作实践证明，导致水轮发电机组出现振动的原因与运作工况、机械原因、水力原因、维护管理等诸多因素都由密不可分的联系。本文选取其中影响力较大的几种进行重点介绍。
1、机械因素
（1）机组转动部分的固定构件由于出厂质量问题以及使用维护不到位，容易产生部件松动的现象，在高速旋转情况下，即便是很小的松动问题也会产生严重的振动。（2）机组在运行过程中轴线不正以及调整不合格都会导致转轮的几何中心偏离旋转中心，这时机组运转产生的离心力就会导致惯性增加，在加上水压和动力的共同作用，就会发生震动现象。（3）转子、转轮等转动部件的质量不平衡，就会使得转子的中心在轴上形成偏心距，从而导致机组运转时产生振动。（4）如果瓦轴间隙不合理，在间隙过大而且润滑效果不佳的情况下就会产生干摩擦的现象，从而使机组产生横向振动。
2、电气因素
（1）空气间隙不均匀，如果发电机在运转过程中出现转子不圆，或者机组中心不正时就会使得空气间隙不均匀，产生单边的不平衡磁拉力，电磁力的不平衡扰乱空气间隙的周期性变化，进而引发机组振动。（2）三项负荷不平衡，这种引发振动的原因主要是指电气系统中的三项电流幅值发生不一致情况，而且幅值差超过了2%，从而引起继电保护误动、机组的附加元件产生振动。（3）发电机定子绕组在正常情况下会产生磁拉力，但是如果定子绕组中电流过大，电磁感应超过了定子绕组设定的额定值，此时在绕组内部就会形成一定数值的磁拉力。磁拉力值越大，对定子铁芯的影响越明显，振动故障也会越激烈。
3、水力因素
（1）首先是水力不平衡产生的振动问题，水力不平衡情况下就会在尾水管中心附件处产生边界旋转流水，从而降低了尾水管的出水口压力，使得旋转流水中心产生空腔，导致了剧烈的振动现象。（2）气蚀所产生的振动原因为水流的流入角高于导叶流入角3°，这时中间会产生一个区域，机组运转会使这个区域剧烈振动从而传递到尾水管部分，引发较为严重的振动问题。（3）由于水力环境发生改变，导致水流以非均匀的形式在固定导叶、蜗壳等设备中流动，这就容易形成涡带。涡带的存在会导致水轮发电机组设备出现无规律的振动，并且根据水轮发电机组运行工况的不同，振动故障的强弱也会发生相应变化。一般来说，在机组运行工况良好时振动较弱。（4）转轮叶片出口处所形成卡门涡街也会导致机组振动。如图1所示，该卡门涡街和流体的速度与翼型的尾部形状有关，由此可知，大流量工况下，由卡门涡街所引起的振动幅度会更大。
图1 卡门涡街示意图
二、水轮发电机组振动实例及处理方法
1、工程概况
某水力发电厂3号机组水轮机型号为HL(TF5106)-LJ-230，发电机型号为SF83-12/4750，立轴悬式，额定容量83MW，额定转速500r/min，额定水头386m，整台机组采用上导、下导、水导三部导轴承。其中上导、下导及推力轴承轴瓦为分块瓦结构，水导瓦为筒式瓦结构。该水轮机自2015年投入使用，在2016年后出现振动问题。通过对振动发生源的判定和振动成因分析，制定具体的处理方案。
2、故障分析
通过全面的检查，发现引发该水轮机振动故障的原因主要包括以下三方面：第一，通流器件中水力稳定性变差。在水流进转轮后，由于缺乏稳定性控制，导致水流分布不平衡，在水流的冲击下导致器件发生振动。而在机组高速运作下，振动幅度也被成倍的放大，进而产生了明显的振动故障；第二，机组轴线不正，是造成发电机组振动的原因之一。对该电站发展机组的检验与校准过程发现，机组的镜板底平面与机组轴并未处于垂直的状态，导致轴线之间存在一定得夹角。造成总轴产生偏心力矩，影响转子运行。第三，尾部流通管位置偏低。当有液体或气体从流通管以高速流出时，由于尾管位置偏低、弯曲角度较小，造成了气体或液体流出时以高速撞击管壁。由于气体或液体流速不一致，导致尾管振动。
3、处理措施
（1）确定振动故障源后，将水轮发电机组拆开，发现转轮内环有明显的磨损现象，将转轮拆下送至生产厂家进行维修。发现机组顶盖和底环之间接触过紧，松动顶盖螺丝后将顶盖稍微向上移动，避免机组运行过程中发生碰撞、摩擦。（2）加强轴承的支撑强度，可以通过加强两种钢材之间的沟槽的方式来增加焊接深度，从而提升导轴承的支撑强度，避免导轴承在运转时发生松动及间隙增大的情况。（3）通过前期电压检测，发现发电机定子绕组运行时实际电压值超过额定电压，因此在拆开水轮发电机组后，在定子绕组电路中并联一个电阻，起到分担电压的作用，经过电压检测确定实际电压值在额定电压以下，避免磁拉力过大引起振动。（4）完成所有处理工作后，根据水轮发电机组相关的安装要求，将所有设备、元件重新组装，并进行调试运行，确定水轮发电机组可以正常工作后完成振动故障处理。
结语
水轮发电机组的振动故障是一类常见问题，如果振动问题得不到及时解决，不仅会影响机组运行安全和工作效率，严重情况下还会对现场工作人员的安全构成威胁。因此，水轮发电机组的振动问题需要引起管理技术人员的重视，及时判定振动位置，分析故障成因，进而在此基础上制定科学的解决策略，使水轮发电机组尽快恢复正常运行。
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论文作者:杨平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：机组论文; 水轮论文; 绕组论文; 定子论文; 水力论文; 转轮论文; 卡门论文; 《电力设备》2018年第2期论文;