杜 寧，李采文

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

對水輪發(fā)電機組調(diào)試期間振動問題的分析

杜 寧，李采文

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

水輪發(fā)電機組自身運行的安全性與穩(wěn)定性，對整個水電站的生產(chǎn)活動有著十分重要的影響。如何確保水輪發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行始終都是水電站重點研究的內(nèi)容所在。而振動作為水輪機發(fā)電機組在運行過程中最為常見也最為主要的故障問題，如何采取合理的措施解決故障問題，亦成為進一步提高水輪發(fā)電機組運行效率與運行壽命的關(guān)鍵。

水輪發(fā)電機組；調(diào)試期間；振動問題

在一定程度上，水輪發(fā)電機組的振動與擺度這一動態(tài)評價指標直接代表了水輪發(fā)電機組的運行安全性與穩(wěn)定性。而水輪發(fā)電機組運行的安全性與穩(wěn)定性又直接影響著整個水電站的生產(chǎn)活動。所以，進一步確保水輪發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行，有效解決水輪發(fā)電機組在調(diào)試運行期間最為常見的振動故障問題具有十分重要的現(xiàn)實意義。筆者以某水電站的實際數(shù)據(jù)為例，對水電站水輪發(fā)電機組振動故障原因進行分析，提出相應的解決對策，以期為不斷提高水輪發(fā)電機組的運行效率提供有益的幫助。

1 水輪發(fā)電機組調(diào)試期間振動故障的成因

通過不完全數(shù)據(jù)調(diào)查分析，我們可以清楚的看到振動故障是水輪發(fā)電機組調(diào)試期間最為常見，發(fā)生頻率最高的一類故障問題，可以說該故障的出現(xiàn)會對水輪發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行造成巨大的影響。要想進一步確保水輪發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行就必須有效解決振動故障。因此，筆者就引發(fā)水輪發(fā)電機組調(diào)試期間出現(xiàn)振動故障問題的原因展開探討，以期更好的找到解決對策，優(yōu)化處理方案。

（1）因機械原因造成的振動故障問題。所謂的機械原因?qū)嵸|(zhì)上就是指機組轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量出現(xiàn)不平衡，其具體表現(xiàn)為機組振幅會隨著機組轉(zhuǎn)速變化而相應的發(fā)生變化。用公式：Y=f（W）表示可知，W與Y成正比關(guān)系，W升高Y也會隨著增大，反之亦然。此外，因機組軸承間隙較大，主軸過細，主軸剛度較低，水輪發(fā)電機組的緊固零部件松動，發(fā)電機組中心不對準等問題都會引發(fā)振動故障。

（2）因電磁原因造成的振動故障問題。水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)動部分受到不平衡磁拉力影響，而發(fā)生機組振動故障問題。通常情況下，隨著勵磁電流的增大水輪發(fā)電機組的振動情況也會相應的增大，振動最為明顯的位置為上機架。此外，如若沒有固定好定子繞組，那么在較高的電氣負荷與電磁負荷影響下，定子繞組與水輪機發(fā)電機組就會發(fā)生振動問題，且伴隨著轉(zhuǎn)速的不斷加快，振動問題也越發(fā)明顯。

（3）因水力原因造成的振動故障問題。當水輪發(fā)電機的進水流道如蝸殼中有不均勻流場，就會產(chǎn)生漩渦從而進入到轉(zhuǎn)輪機之中，引發(fā)水輪發(fā)電機組的振動，且振動故障會隨著發(fā)電機組運行工況的變化相應的發(fā)生變換，這種情況常見于高比速軸流式水輪發(fā)電機組?？梢杂霉剑篺=nZ2/60表示，公式中：Z2為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目；n為水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速。此外，因?qū)~不均勻而產(chǎn)生的水輪發(fā)電機組振動問題多發(fā)生在低比速水輪發(fā)電機組中，尤其是因為水輪機轉(zhuǎn)輪與導葉所處位置較近，所以，導葉中的不均勻水速也會對轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生較大的影響。

2 水輪發(fā)電機調(diào)試期間振動故障的解決

以某個水電站的立軸混流式水輪發(fā)電機組為例，對其調(diào)試期間所發(fā)生的振動故障問題展開探討，提出具體的解決對策。

立軸混流式水輪發(fā)電機組，型號：HLA743-LT-200。配以SF35-18/5070型發(fā)電機，額定轉(zhuǎn)速：333.3 r/min。

在首次啟動水輪發(fā)電機組的過程中，轉(zhuǎn)速尚未到達250 r/min以前，機組的整體振動情況較好，各導軸承的擺度均小于100 μm且實際振動小于30 μm。但當轉(zhuǎn)速到達250 r/min時，上機架X向的振動和下導擺度隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，出現(xiàn)直線爬升現(xiàn)象，如表1所示。

表1 擺度、振動數(shù)據(jù) 單位：μm

通過對表1中的數(shù)據(jù)分析，可以清楚的看到，在定速的初期階段，上導擺度和水導擺度都是比較小的，且振動狀態(tài)也沒有發(fā)生什么異常問題。而在定速過程中各軸承擺度均出現(xiàn)了一定程度的爬升，其中下導擺度的變化較為明顯，已經(jīng)逐漸爬升到了該機組下導擺度評價標準的225 μm，上機架X向的振動也已經(jīng)遠遠超過了該機組振動評價標準的70 μm，且存在著繼續(xù)爬升的現(xiàn)象。此外，該水輪發(fā)電機組還存在著水導擺度的同頻幅度與工頻幅度之間差值較大的振動異?，F(xiàn)象，可以說這種情況不僅不利于水輪發(fā)電機組的正常運行，也給水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行帶來了巨大的隱患。

通過對頻譜的分析可以清楚的知道，以工頻分量為主體的上導擺度和下導擺度，相應的其他頻率分量是十分小的，所以也進一步證明了該水輪發(fā)電機組發(fā)生了普通的強迫振動，同時結(jié)合安裝水輪發(fā)電機組的相應資料可以看到，各導軸承的間隙也都控制在廠家規(guī)定的出廠標準之內(nèi)，因此軸承間隙不合理，發(fā)電機上導軸承與下導軸承之間失去穩(wěn)定，軸瓦的勁力不足這幾個影響因素可以被切實排除在外。而當水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速低于100 r/mim時，因為各導軸承的擺度均在50 μm以內(nèi)，也進一步排除了由于水輪發(fā)電機組軸系不正而引發(fā)振動問題的可能性。所以，結(jié)合水輪發(fā)電機組的振動問題實際發(fā)生在安裝調(diào)試這一時間之內(nèi)，判斷引發(fā)振動故障的主要原因，是因為水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。

針對引發(fā)振動故障的實際情況，要想在有限的調(diào)試時間之內(nèi)切實完成對振動故障問題的排除工作，可以采取以下兩種方案予以解決，即在施工現(xiàn)場對發(fā)電機轉(zhuǎn)子實施動平衡處理，對導油盆的密封間隙進行放大。首先，從對發(fā)電機轉(zhuǎn)子實施動平衡的角度入手可以發(fā)現(xiàn)，會很大程度的降低上機架的振動，因此在上機架的振動問題處理上并不會單獨再采取處理手段。如若我們以在定速初期時各導軸承的實際擺度數(shù)據(jù)為基礎，進行首次加重方案計算，則P=32kg∠60°。將導油盆的密封間隙放大以后則可以對水輪發(fā)電機組實施2次啟動，發(fā)現(xiàn)在定速過程中的各導軸承擺度的工頻幅值與相位均未發(fā)生明顯的變化，但是不穩(wěn)定的振動問題確實得到了較好的處理。此外，因為在定速過程中，各導軸承擺度并不是位于標準范圍之內(nèi)，因此還應該對各導軸承進行相應的過速試驗，在過速試驗過程中，下導擺度的最大值已經(jīng)達到了540 μm，上機架X向值則已經(jīng)達到了180 μm以上。而正是因為水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子存在著一定的質(zhì)量不平衡問題，所以，結(jié)合對各項數(shù)據(jù)的證明分析，可以斷定致使過速試驗過程中下導擺度在500 μm以上的根本原因就是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。因此，筆者對水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行動平衡處理后，各導軸承的振動問題與擺度問題均得到了較為明顯的改善，下導擺度降低到100 μm以內(nèi)，上機架X向振動則達到20 μm以內(nèi)，切實達到了預期的配重效果。

3 結(jié)束語

因為水輪發(fā)電機組本身運行的安全性與穩(wěn)定性直接決定了水電站的生產(chǎn)活動效率，所以，如何確保水輪發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行始終都是水電站研究的重點內(nèi)容所在。尤其是針對水輪發(fā)電機組調(diào)試運行過程中常常出現(xiàn)的振動故障問題，更是現(xiàn)如今水電站在運行維護管理過程中的重點、難點所在。要想有效解決這一問題就必須清楚的了解引發(fā)振動故障的原因，并針對實際原因采取有效的解決對策，才能確保水輪發(fā)電機組的安全性與穩(wěn)定性，更好的服務于水電站的生產(chǎn)活動。

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[2]伍威.水輪發(fā)電機組調(diào)試期間振動故障處理分析[J].科技展望，2016（01）.

TK730.7

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1672-5387（2017）10-0046-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.016

2017-07-21

杜 寧（1970-），男，高級技師，從事水利水電機電設備制作、安裝工作。