水轮发电机组振动与摆度探索及监测系统的研究

水轮发电机组振动与摆度探索及监测系统的研究

曹月

四川省雅安市石棉县国家能源大渡河大岗山水电开发有限公司 625400

摘要：水轮发电机组的受力状况不稳定，导致机组容易发生振动，本文探究水轮发电机组振动与摆度相关内容，并思考水轮发电机组的监控系统应满足的条件，以便有效监测水轮发电机组的振动情况，将振动所产生的危害控制在规定范围内，提高建设故障分析系统的可靠性。

关键词：摆度规律；监控系统；压力脉动

引言：建设水轮发电机组的监测系统，能为评价机组的振动水平提供依据，确保测量的振动位移值是准确的，这是基础也是关键。由于传感器具有低频特性，要选用速度型的振动传感器。有时暂态测量会成为分析重点，所以要保证传感器的暂态响应特性能够满足实际的测量需求，此时使用加速传感器就比较合理。

一、水轮发电机组振动与摆度探索

（一）难以达到三线合一的状态

一般提到水轮发电机组“三线”，其中所包含的内容有轴线、中心线和主轴线。当三条线处于各自铅直且相互重合时，说明这三条线处于理想状态。但是从实际情况来看，安装误差无法避免，加工精度也需要进一步提高，因此这三者之间经常无法完全重合。此时机组运行过程中，轴线的各点轨迹就容易脱离既定的位置，进而出现轴线摆动的不良情况。当出现摆动，机组就会受到更大的不平衡力，出现机组剧烈震动的问题，导致机组轴承工作条件恶化，机组的安全稳定运行也会受到严重威胁。在安装水力发电机组的工作中，机组的中心线是重要的机组，应对轴线的调整工作引起重视，并做好处理，确保的机组的轴线和主轴旋转中心线二者能够良好吻合。

（二）摆度规律遵循余弦或正弦正理

如果机组的轴线与其放置的中心线相互之间存在着一定夹角，以放置中心为圆心，构成一个同心圆，这便是横截面上轴面的各点所形成的运动轨迹。这一运行情况反映在百分表上的读数，就说明各个轴面上的摆度值是不相同的。在理论上摆度的变化规律遵循的是余弦和正弦定理，摆度是一个向量。从盘车试验中采集相应的摆度数据信息，分析这些数据，就能计算出相对的摆度。摆度值反应的是上导轴承和水导轴承的相对摆力，在分析时需对照GB8564-88的有关标准^[1]。

水轮发电机组的监控系统

（一）能够收集相应的振动信号

所构建的监控系统要能够收集到相应的振动信号，便于系统掌握振动的规律。如今科学技术正飞速发展，所建立的监控系统也有更为强大的功能，能为分析振动机组提供坚实的基础。分析机组的振动情况可以使用的方法有波形参数分析法、正交分解。所建立的监控系统需要为这些分析方法提供可靠的数据，需要提供的数据有机组的运行轨迹、频谱、数据峰值、瀑布图和动态运行的轴线。

（二）监测水轮发电机组的摆度和振动情况

比如某水轮发电机组监控系统的组成包括数据库、传感器、PC端、嵌入式计算机。其中上位机的构成是研华工控PC机。监控系统包含组态王软件，在嵌入式计算机的作用下，监控系统能够收集并控制底层的数据信息。将水轮发电机组中的摆度和振动的非电量信号传给传感器，之后便能转换为电量信号，在嵌入式计算机的作用下，该电量信号就能被转换为数字信号。需要分别测量上导、推力、法兰、水导的X、Y方向上的摆度。振动传感器的作用是监控水轮发电机组机架和顶盖振动的情况。在监控水轮发电机组尾水出口的压力时，压力传感器能发挥优势，另外压力传感器还能监控蜗壳进口压力和压力脉冲。在获得了摆度和振动数据的前提条件下，就能比较准确的检测出顶盖和尾水管的压力脉冲，另外还能监测出机组转动部分存在的机械不平衡情况，监测出机组中心是否发生偏移，是否出现了电磁力不平衡的情况。通过监测摆度和振动的情况，就能获得水轮发电机组的实际转动情况。

（三）总结机组的振动特性和规律

水轮发电机组的振动都比较明显，但是振动源往往非常隐蔽，除机组本身的振动之外，水轮机过流部分还存在着一定的流动压力。当水轮机有振动情况发生，经常是同时存在着多种振动源。展开水轮发电机组振动测试活动，目的在于摸清系统的振动状态，并对其进行评定，总结系统存在的某种振动特性和规律，从而判定出机组的安装质量，为日后的维修工作奠定良好的基础。深入探究系统为什么为发生振动，在此基础上制定出行之有效的能改善机组振动问题的措施。展开的振动测试活动，能够有效积累材料，为日后核实机组各个部位的振动标准提供数据支持，另外还能预测出设备可能发生的损坏形式和程度。需要展开的工况实验活动有空载无励磁变转速试验、空载变励磁工况试验、变负荷工况试验、调相运行式况试验。

（四）合理布设测试点

一般的水轮发电机组构件体积都比较大，不同位置上的振动值也存在着一定差异。要想获得准确的测量结果，就应该做到合理布置测试点，应按照有关规定布设测试点，也就是部标DL/T556-4《水轮发电机组振动监测装置设置导则》。在确定其他测点的工作中，务必要将现场的实际情况考虑在内。水力是引发水轮发电机组振动的关键原因，做好压力脉动测量能更好掌握机组的振动规律

^[2]。实际测量时，不仅要保证选择的压力传感器测试点是合理的，还要能够排除多项引发压力脉动衰减的内因，以保证所测量的压力脉动值较为准确。

总结：综上所述，就水轮发电机组振动与摆度而言，难以达到三线合一的状态，摆度规律遵循余弦或正弦正理。所建立的水轮发电机组的监控系统要能够收集相应的振动信号，监测水轮发电机组的摆度和振动情况，并总结机组的振动特性和规律，做到合理布设测试点。

参考文献：

[1]王超,周科衡,邹应冬.水轮发电机定子磁化试验中的零节点振动问题分析与磁化试验方法探究[J].大电机技术,2020(02):30-33.

[2]李峰.基于生产大数据的水轮发电机组故障诊断系统[J].水电站机电技术,2020,43(03):9-13+71.