李平+楊鶴

（1江西洪屏抽水蓄能有限公司；2國網(wǎng)江西省宜春市上高縣供電公司 江西上高 336400）

摘 要：水輪發(fā)電機組是水電廠的重要組成部分，其穩(wěn)定性關系著整個水電廠安全，并且在一定的程度上影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性及經(jīng)濟效益。基于此，本文闡述了水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及其危害，對影響水力發(fā)電機組穩(wěn)定性的原因?qū)Σ哌M行了探討，并提出了加強水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的措施，旨在保障水輪發(fā)電機組的安全運行。

關鍵詞：水輪發(fā)電機組；穩(wěn)定性；影響因素；危害；原因?qū)Σ?；措?/p>

水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定性是電氣、機械、流體等多種原因引起的，因此為了保障水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定性，必須要對影響其穩(wěn)定性的原因?qū)Σ哌M行分析，從而保障水電站的安全運行。

一、水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素

水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素。（1）水力因素。水力不平衡引起的振動?？ㄩT渦列引起的振動。尾水管渦帶引起的振動。尾水管中空腔壓力脈動。軸流式水輪機葉片振動，導葉開度的變化，當開度減小到一定程度，葉片表面脫流或空化引起葉片振動和機組振動，實際運行中須考慮這一問題。導葉數(shù)和轉輪葉片數(shù)不匹配引起的壓力脈動。（2）電磁因素。發(fā)電機組氣隙不均勻；負序電流引起的反轉磁勢；定子不圓，機座合縫不好；定子鐵芯鐵片松動；轉子匝間短路。（3）機械因素。機組軸線不正或?qū)χ胁涣?；轉動部件質(zhì)量不平衡；導軸承缺陷；主軸密封調(diào)整不當；靜板不平或推力瓦不水平；推力頭松動；導軸瓦間隙調(diào)整不當；轉子振擺。

二、水輪發(fā)電機組缺乏穩(wěn)定的主要危害

水輪發(fā)電機組不穩(wěn)定的危害主要有：（1）使機組各部位緊固連接部件松動，導致這些緊固連接部件本身的斷裂，加劇被連接部分的振動，促使它們迅速損壞。（2）引起機組零部件金屬焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴大，以至斷裂損壞而報廢。（3）加速機組轉動部件的磨損，如大軸的劇烈的擺動，使軸與軸瓦的溫度升高，使軸承或軸瓦燒毀；轉子振動過大，增加滑環(huán)與碳刷的磨損，使碳刷跳火花。（4）尾水管中水流脈動壓力可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，嚴重的可使整塊鋼板剝落。（5）共振引起的后果更嚴重。如機組設備和廠房產(chǎn)生共振時可使整個設備和廠房毀壞；卡門渦列引起葉片的周期振動，當卡門渦列的振動頻率與葉片固有頻率接近時就會發(fā)生共振，將產(chǎn)生嚴重的噪音，使葉片產(chǎn)生疲勞斷裂。

三、影響水力發(fā)電機組穩(wěn)定性的原因?qū)Σ?/p>

影響水力發(fā)電機組穩(wěn)定性的原因主要有：空載帶勵、空載無勵以及空載或帶負荷等方面，其主要表現(xiàn)為：

1、空載帶勵原因?？蛰d帶勵主要表現(xiàn)為振動強度隨勵磁電流增加而增大；逐漸降低定子端電壓，振動強度也隨之減小；在轉子回路中自動滅磁，振動突然消失。其原因主要有：（1）轉子線圈短路；（2）定子與轉子的氣隙有很大不對稱或定子變形；（3）轉子中心與主軸中心偏心。針對以上原因，可以采取以下對策：（1）用示波器測出線圈短路位置并進行處理；（2）停機調(diào)整氣隙間隙。氣隙的最大值或最小值與平均值之差不應超過10%；（3）如偏心很大時，需用調(diào)整定子與轉子中心的方法予以消除等手段予以處理。

2、空載無勵原因。主要表現(xiàn)為振動強度隨轉速增高而增大；在低速時也有振動，其可能原因主要有以下幾方面：（1）發(fā)電機轉子或水輪機轉輪動不平衡；（2）軸線不直；中心不對；推力軸承軸瓦調(diào)整不當；主軸聯(lián)接法蘭連接不緊；（3）與發(fā)電機同軸的勵磁機轉子中心未調(diào)好；（4）水斗式水輪機噴咀射流與水斗的組合關系不當；（5）轉輪葉片數(shù)與導葉數(shù)組合不當。針對以上原因，應該采取以下對策：（1）動平衡試驗，加平衡塊，消除不平衡；（2）調(diào)整軸線和中心，調(diào)整推力軸瓦；（3）調(diào)整勵磁機轉子中心；（4）改善組合關系；（5）改善組合關系。

3、空載或帶負荷原因。其表現(xiàn)為主軸擺度或振動與轉速無關，當負荷增加后，擺度或振動有所降低。這主要是由于機組主軸軸線不正；推力軸承軸瓦不平整，處理方式是調(diào)整軸線；校正軸瓦。此外是振動強度隨轉速和負荷增加成正比增大，其原因往往是多方面的，如轉輪輪緣上突出部件布置不對稱?？梢圆扇∫韵聦Σ撸海?）刮去突出部件或用蓋板遮蓋，使其平滑過渡；（2）清除堵塞物；（3）調(diào)整修理止漏環(huán)；（4）加固支承結構等等。最后還有一種振動特征是在所有工況下主軸擺度都大，這通常是由于瓦隙過大，或主軸折曲，或機架松動，可以采取在開停機過程中越過此振動區(qū)；改變結構的固有振動頻率。

四、提高水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的措施

1、做好水輪機的選型工作。機組能否穩(wěn)定運行主要決定于水輪機的水力設計，在電站設計階段應合理地選擇各種水頭，這是水輪機穩(wěn)定運行所做工作的第一步。水輪機轉輪的設計以及選型都是為了確保在設計水頭處有較為寬裕的穩(wěn)定運行區(qū)，減少裂紋和震動對水輪機的危害，因此都要求水輪機水頭的變幅不能過大；對比轉速進行合理選擇，必須根據(jù)水頭變幅、水質(zhì)狀況以及負荷調(diào)節(jié)范圍以及機組臺數(shù)等進行綜合性選擇。

2、不斷改進水輪機的水力設計。水輪機空化和空蝕的主要類型是翼型的空化和空蝕，而翼型的空化和空蝕與很多因素有關，諸如翼型本身的參數(shù)、組成轉輪翼柵的參數(shù)等等。就翼型設計而言，要設計和試驗空化性能良好的轉輪。一般考慮兩個途徑：一種是使葉片背面壓力的最低值分布在葉片出口邊，從而使汽泡的潰滅發(fā)生在葉片以外的區(qū)域，可避免葉片發(fā)生空化和空蝕破壞。若改變轉輪的葉型設計，就可使汽泡潰滅和水流連續(xù)性的恢復發(fā)生在葉片尾部之后，這樣就可避免對葉片的嚴重破壞。實踐證明，葉型設計得比較合理時，可避免或減輕空化和空蝕。因此在水輪機選型設計時，要合理確定水輪機的吸出高度，水輪機的比轉速，空化系數(shù)。比轉速越高，空化系數(shù)越大，要求轉輪埋置越深，選型經(jīng)驗表明，這三個參數(shù)應最優(yōu)配合選擇。對于在多泥砂水流中工作的水輪機，選擇較低比轉速的轉輪有利于減輕空蝕和磨損。

3、改善運行條件。翼型設計時只能保證在設計工況附近不發(fā)生嚴重空化，在這種情況下，通常不會發(fā)生嚴重的空蝕現(xiàn)象。但在偏離設計工況較多時，翼型的繞流條件、轉輪的出流條件等將發(fā)生較大的改變，并在不同程度上加劇翼型空化和空腔空化。因此，合理擬定水電廠的運行方式，要盡量保持機組在最優(yōu)工況區(qū)運行，以避免發(fā)生空化和空蝕。對于空化嚴重的運行工況區(qū)域應盡量避開，以保證水輪機的穩(wěn)定運行。在非設計工況下運行時，可采用在轉輪下部補氣的方法，對破壞空腔空化空蝕，減輕空化空蝕振動有一定作用。

4、加強運行管理。良好的運維管理工作也是保證水輪機運行穩(wěn)定性的重要措施。水電站必須要委派專門的人員負責水輪機的維護和管理，提高機組的使用壽命以及工作效率。首先，要確保水輪機在規(guī)定的運行范圍內(nèi)運行；其次，運行過程中要盡量避開振動區(qū)，保持在穩(wěn)定區(qū)運行，使各臺機組都運行在最優(yōu)工況。

結束語

為了保障水電站的經(jīng)濟效益，必須保證水輪機組運行的穩(wěn)定，必須使水輪機組符合水電站安全運行的規(guī)范標準，因此對水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的影響因素及其措施進行分析具有重要意義。

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