蒋小辉1 李初辉2
（1. 三峡大学科技学院 机械电气学部 湖北宜昌 443002；2. 向家坝电厂电气维修部 云南昭通 657000）
摘要：随着大型水轮发电机组的投产运行，水轮发电机组的机械稳定性问题越显重要。水轮发电机是集水、机于一体的复杂的非线性系统，是水电厂极为关键的设备，其健康状态将会直接影响整个水电机组的运行状态。实时监测影响机组稳定性特征物理量对机组安全、高效运行提供重要对保障。本文主要研究快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）在水电机组机械振动中的运用，探究稳定性数据频率特征及成分，从而分析影响机组振动度主要原因。
关键词：机械振动 傅里叶变换 稳定性 主频
0 引言
近年来我国电力需求也是逐年增长。催生大型水电厂密集投产运行。随着水电技术的日趋成熟。水电设备逐步朝着大型化方向发展。对于大型水电机组而言，结构更加复杂，稳定性、安全性、可靠性要求更高，因此研究水轮机的状态监测技术尤为重要。
1 水轮机振动特点
水电机组的振动包括：水力振动、机械振动、电磁振动三种。每种振动有着各自的原因及独特频率特性。
1.1 水力振动
由于流道设计不合理、过流部件表面加工精度不足及机组运行偏离设计工况等，流场中出现不良漩涡，引起周期性振动。包括：卡门涡振动、叶道涡或二次流振动、尾水管涡带振动、空化空蚀振动等。
1.2 机械振动
由于旋转部件的轴线与基准面没有保持垂直、转动部件质量的动静态不平衡等原因，引起周期性的机械振动。主要表现在：转动部件质量不平衡引起的机械振动、主轴轴线不正引起的机械振动、轴承缺陷引起的机械振动。
1.3 电磁振动
因为加工制造或机组故障等方面的原因，出现电磁力矩的不对称，当发电机转子高速旋转时，电磁力拒的非对称将会引起机组振动。电磁振动主要包括：转频振动和极频振动。
一般而言，在水电机组内部，水力振动、机械振动及电磁相互影响、相互作用。
2 水电机组机械振动信号采集
水轮发电机组是一个非常庞杂的系统，其机械稳定性对机组安全运行至关重要。采集反映机组机械稳定的特征信号是水电机组机械振动检测的第一步。大型水电机组机械稳定性特征信号包括：机组键相、机组振动与摆动值、上导与水导轴心轨迹、蜗壳压差、蜗壳进口压力、尾水进出口压力等。
(1)振动。机组固定部件在原有平衡位置的摆动，工程上称作振动，稳定性特征振动量包括：上机架X、Y水平振动；上机架X、Y垂直振动；定子机座X、Y径向振动；定子机座X、Y轴向振动；支持盖X、Y垂水平振动；定子铁心径向、切向振动。
(2)摆度。转动部件在原有平衡位置的摆动，工程上称作摆度，稳定性特征摆度量包括：上导X、Y向摆动；水导X、Y向摆动。
(3)抬机量。机组在运行过程中沿主轴竖直方向上下移动称为抬机量。当水流在转轮区沿着平行主轴的方向流动，水流的反推力方向平行于主轴，同时由于导叶突然关闭也会引起抬机现象，这种情况在轴流式机组中时常发生。
(4)键相。机组转速是一个非常重要信息量，尽管机组已经安装残压测速及齿盘测速装置，但是仍需加装了键相传感器来测量转速。
(5)水力压力脉动。水压脉动经常导致水轮机振动加剧，特别是尾水压力的脉动，为此稳定性单元安装尾水进、出口压力；同时加装蜗壳压差、蜗壳进口压力监测蜗壳内水流的流动。
4 结论
(1)合理布置数据采集点；水轮机是非常的复杂的非线性系统，正确采集反应其机械稳定性的特征量（包括振动、摆度及水压脉动）是振动研究的关键。合理的布置检测点的数量与位置，一方面可避免数据冗余，另一方面可有效的采集必要数据。
(2)通过DFT分析获得频谱图；通过DFT可以获得信号的频谱图，从而找出引起该信号的主频，通过消除或限制主频幅值来改善振动、摆度及水压脉动，以提高水电机组的运行稳定性。
参考文献
[1]蒋小辉．水轮机流动噪声检测与分析：[硕士学位论文]．武汉：华中科技大学图书馆，2009
[2] 李初辉，水电机组集成监测系统中稳定性单元的研究与开发：[硕士学位论文]。湖北武汉：华中科技大学，2009
[3]吉拥平，黄怡，等．水电机组振动信号谱分析．大电机技术，4，1996，30-
论文作者:蒋小辉1,李初辉2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
标签：机组论文; 机械论文; 水电论文; 稳定性论文; 水轮机论文; 部件论文; 特征论文; 《电力设备》2016年第12期论文;