李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

水電機組振動故障診斷研究

李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

隨著水力資源不斷的開發(fā)利用,水電在電力系統(tǒng)中所占的比例也越來越高,水電機組運行的安全性關(guān)系到水電企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全性能,電機組的事故,通常都會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人身傷亡。本文簡要介紹了水電機組故障產(chǎn)生的原因及其主要特征;給出了水電機組故障判別和試驗方法;簡要介紹了水電機組振動監(jiān)測技術(shù)。通過水電機組故障診斷技術(shù)的運用,為實時的掌握機組的運行狀態(tài)提供了技術(shù)支持,能夠有利于降低機組的事故率,減少經(jīng)濟損失。

水電機組 故障診斷 振動 監(jiān)測技術(shù)

水電機組振動故障的診斷研究對水電機組的安全經(jīng)濟運行具有重要的現(xiàn)實意義。通過對水電機組運行狀態(tài)的檢測，可以實現(xiàn)對機組的實時運行數(shù)據(jù)進行檢測，第一時間發(fā)現(xiàn)問題，排除事故隱患，同時能夠方便對事故數(shù)據(jù)進行儲存和整理，便于分析，故障診斷的原理如圖1所示。水電機組屬于大型、復雜型設(shè)備，設(shè)備一旦出故障，分析起來十分的復雜，而且機組一旦停備會造成巨大的經(jīng)濟損失，所以，為了保證機組的正常運行，對水電機組的檢測和診斷時必不可少的。

1 水電機組振動故障的原因及主要特征

引起水電機組振動的原因可以規(guī)為三類，包括機械原因，水力原因和電磁原因，故可以按原因的分類將機組的振動分為三類。

(1)機械振動。為了保證水輪發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)部件的穩(wěn)定性，機組的旋轉(zhuǎn)部件和支承結(jié)構(gòu)按軸對稱結(jié)構(gòu)布置。當機組的旋轉(zhuǎn)部件偏離軸對稱性時，就會導致機組運行的不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生不同形式的震動。這種振動現(xiàn)象即稱為機械振動。機械故障引發(fā)的振動形式具有顯著的特點。振動頻率一般為轉(zhuǎn)頻或者轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)，所產(chǎn)生的不平衡力一般為徑向的水平方向。

(2)電氣振動。電氣振動的產(chǎn)生原因包括兩個方面，一是發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分因受不平衡力的作用產(chǎn)生振動。當定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓之間氣隙不均勻時，定子和轉(zhuǎn)子之間會產(chǎn)生不均勻的磁性拉力，磁性拉力會對轉(zhuǎn)子和定子形成轉(zhuǎn)頻激擾力。令外當轉(zhuǎn)子動靜不平衡，轉(zhuǎn)子和定子之間不均勻的空氣間隙所引起的作用力，同樣會引起機組轉(zhuǎn)動部分的振動。二是發(fā)電機定子的振動，其原因可以分為以下幾種：發(fā)電機定子繞組分數(shù)槽引起；發(fā)電機定子的組合縫；定子的鐵心松動；發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙不對稱以及定子繞組不對稱；定子繞組固定不良；負序電流。

(3)水力振動。造成水力振動的原因有：尾部管內(nèi)的低頻渦帶；尾水管接近轉(zhuǎn)頻的脈動；水輪機水封間隙不等產(chǎn)生的水力不平衡；渦殼、導水葉和轉(zhuǎn)輪水流不均勻引起的振動；壓力管道中的水力振動。

2 水電機組振動故障的判別與試驗方法

水電機組的振動產(chǎn)生的原因很多，還有可能是多種因素的共同作用導致的，不同的因素間還有相互影響和相互制約的關(guān)系?？梢哉f水電機組的振動是機械、水力和電氣諸多方面振動的耦合。所以就需要一些方法來判斷某種振動是由于什么原因所導致的。

2.1 由振動試驗來判別振動產(chǎn)生的原因

振動試驗中包含下面的試驗方法：轉(zhuǎn)速試驗，如果改變轉(zhuǎn)速對振幅變化不靈敏，則造成機組振動的原因可能是軸線曲折，如果振幅隨機組轉(zhuǎn)速增高而呈平方倍加大，則產(chǎn)生的原因可能為轉(zhuǎn)動部件動靜不平衡；勵磁試驗，如果隨著電流的增加振幅也增加，則造成振動的原因為磁拉力不平衡；負荷、調(diào)相試驗，如果振幅和負荷呈正比關(guān)系且水輪機導軸承上振幅變化敏感于發(fā)電機上導軸承，則機組振動的原因為水力不平衡。

2.2 從振動部位判別振動原因

運行中的機組，當上機架的振動比較突出時，則振動原因一般見于推力軸承和上導軸承的缺陷，或者是機組軸線不垂直所導致；當轉(zhuǎn)輪的線性和開口不均勻時，因為水力不平衡會造成機組的振動；當轉(zhuǎn)輪葉片線性有問題時，葉片尾部會產(chǎn)生渦旋，同時尾部的壓力脈動也會導致機組振動。

2.3 由振動頻率識別振動原因

振動頻率所造成的振動主要包括以下方面：如果振動的頻率與機組轉(zhuǎn)動的頻率是相同的，則可以推測造成機組振動的主要原因為軸線曲折、水輪機迷宮間隙不均勻和導軸承間隙問題等；如果振動頻率是發(fā)電機電流頻率的2倍，則產(chǎn)生的原因可能是定子鐵芯組合逢不嚴；如果振動的頻率是發(fā)電機磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)速頻率的乘積，則機組振動的原因為發(fā)電機空氣間隙不均勻。

3 水電機組振動監(jiān)測技術(shù)

水電機組振動監(jiān)測的首要環(huán)節(jié)就是監(jiān)測點的選擇和布置，只有準確合理的選擇和布置監(jiān)測點才能保證所采集信號的真實性，以及進行故障診斷結(jié)果的可信度。選擇監(jiān)測點主要是根據(jù)機組的運行性能、規(guī)律以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點來進行。監(jiān)測點要選擇最具有代表性以及最能準確反映運行設(shè)備狀態(tài)的點。測點的選擇和布置要符合水電機組運行的四個特性，即水力特性、機械特性、設(shè)備特性和電氣特性。

其次是對傳感器進行選擇，傳感器作為監(jiān)測系統(tǒng)中的重要部件，其可靠性和準確性關(guān)系到所測試數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，選擇傳感器時要以水電機組的特點為依據(jù)，合理的選擇。一般來講，傳感器的頻響范圍一般應控制在0-200KHz，傳感器必須具有，安全穩(wěn)定和長久耐用的特點，盡量選擇性能好的傳感器。

最后是對機組運行狀態(tài)的信號進行采集、分析和處理。水電機組屬于旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，同時又有自己的固有特性。在系統(tǒng)信號分析中，不但包括通用機械信號分析功能，而且還具有機組獨特信號的分析功能，比如發(fā)電機氣逢、油膜厚度、溫度趨勢等。

4 結(jié)語

本文主要對水電機組的故障診斷技術(shù)進行了研究，簡要介紹了水電機組故障的原因及其主要特征；給出了水電機組故障判別和試驗方法；并簡要介紹了水電機組振動監(jiān)測技術(shù)。通過水電機組故障診斷技術(shù)的運用，為實時的掌握機組的運行狀態(tài)提供了技術(shù)支持，能夠有利于降低機組的事故率，減少經(jīng)濟損失。

[1]劉峰,楊曉萍,劉曉黎.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水輪發(fā)電機組振動故障診斷專機系統(tǒng)的研究.西安理工大學學報[J],2002,19(4):372-376.

[2]符向前,劉光臨,蔣勁.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水輪發(fā)電機組狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)中的應用.武漢大學學報[J],2002,35(1):24-28.

[3]楊曉萍,解建寶，等.水輪發(fā)電機組的事故停機分析與故障診斷專家系統(tǒng)的研究.西安理工大學學報[J],1998,14(2):201-204.

李艷林(1985—),男,貴州遵義,本科,主要從事水電站運行維護工作。