水轮机发电机的振动原因及处理分析

水轮机发电机的振动原因及处理分析

陈靖

五凌电力托口电厂 , 湖南省怀化市 418200

摘要：水力发电是电力能源生产方式之一，在社会生产生活用电需求日益高涨的现代社会中，水力发电企业担负着促进电力系统供电稳定性与可靠性的重要责任，但是水力发电企业的电力生产效率，在很大程度上取决于发电机组设备能否持续稳定运行，水轮机与发电机是水力发电的关键设备，开展水力发电作业时，水轮机与发电机不可避免的会出现振动现象，如果振动值过高，将会导致多种不良后果。基于此本文就以水轮机发电机的振动原因及处理为论题进行研究探讨，希望对水电企业有所助益。

关键词：水轮机发电机；振动原因；故障处理

引言

众所周知，人们日常工作与生活中所应用的电力能源，很大一部分都是来源于水电站，为了更好的满足人们不断提高的用电需求，水电企业需要有效提升自身生产能力和生产效率，鉴于水力发电设备运行状态和工作性能是水电企业生产效率重要影响因素之一，而水轮机和发电机作为水力发电的核心设备，有极易因为运行过程中振动值超出允许范围而衍生出各种故障问题，因此，很有必要客观细致的分析导致水轮机与发电机过度振动的各种原因，并合理探索相应的解决措施，以便为水力发电的正常稳定开展奠定基础。

1水轮机发电机振动原因和处理

振动是水轮机在运行过程中的重要特征，但是如果振动的幅度以及频率超过了正常水平，就势必会对水轮机的正常运行乃至水电站的正常发电过程产生重大的影响。在对众多的可能导致水轮机出现振动的因素进行分析，不仅能够帮助水电厂的工作人员更加清晰的掌握水轮机的内部构成和发电原理，同时也能够帮助工作人员提出解决振动原因的相关方案，通过制定一系列的政策，来提高水电站的能源利用率，使得水轮机能够以更好的状态运转。在开展这项工作的过程中，需要工作人员做好评价工作，科学的水轮机和发电机的评价过程能够有效的避免或者快速解决水轮机或发电机在运行过程中产生的各类故障，通过建立相应的预警机制，来保证水轮机和发电机的正常运转。如果水轮机在运转的过程中出现了较为严重的振动和摆动，就会使得水电厂的运行受到安全威胁，超过合理水平的振动可能会导致水轮机内部构件出现损坏或断裂，使得水轮机和发电机的运行效率受到影响，因为与发电机有着直接的连接关系，如果水轮机出现严重的振动现象，就可能导致与发电机的连接出现问题。不正常的振动会使得水轮机的内部构件磨损加剧，严重的可能会导致发电机内部的轴承出现断裂或损坏，要对水轮机或发电机的振动原因进行细致的分析，还可以通过建立实时监控来对水轮机和发电机的运行状态进行监控，以此来提升水轮机和发电机的运行可靠性。

通过长期的水轮机运行状态以及故障总结，引起水轮机振动的主要原因常常集中在机械问题，水力问题和电气问题等几个方面，这三个方面通常也会出现互相影响，互相作用所导致的振动问题。所以，在分析水轮机和发电机的振动问题因素时，应当对振动现象所表现出来的状态和特征进行分析，找到原因后，制定相应的解决方案。大多数情况下，引起水轮机振动的原因都是多种因素叠加的，因此如何建立科学的水轮机振动问题的分析判断方法有着非常重要的作用。

2 振动原因

2.1电磁因素

如果在水轮机发电过程中出现了磁极短路的问题，此时的磁动势呈现出下降趋势，同时因为其所对应的磁极所产生的磁动势并没有发生同样的变化，这会导致发电机组出现一个与转子转动方向相反的磁动力，这是影响发电机组出现振动问题的主要原因。如果此时发电机组的定子铁芯如果同时出现了松动的问题，那么发电机组的振动问题就会得到明显的增强，如果定子绕组存在缺陷，那么同样也会引发振动加剧的问题。

2.2机械因素

卧轴旋转机械是水轮机发电机组较为不常用的一种形态，大多数水轮机发电机组都采用的是立轴形式，立轴发电机组的特点就是因为不同机组部位的轴承不用承担静态重力载荷，并且不会出现轴颈偏心问题，因此，受到机械因素影响的发电机组其所表现出来的振动特征和因为受到电磁影响的振动表现存在明显的差异。

如果水轮机发电机组处于空载状态下运行时，其本身的转速较低的状态下出现了振动问题，则很可能是因为发电机组的零件出现了一定程度的松动问题。如果经过检查发现导致振动的原因不是紧固零件松动，则需要对机组轴线进行检测，查看轴线是否呈现为曲折装填以及机组中心是否存在偏差或位移问题。除此之外，在具体的应用过程中，发电机组会出现振动，且其振动幅度会随着机组转速而发生变化，同时这种变化的幅度超过正常水平，则可以推断是发电机组出现了严重的质量不平衡问题。除此之外，如果发电机组呈现出明显的振动问题，同时还伴有猛烈的撞击声，则可以推断机组的零部件连接出现了问题。机组载荷发生增加，振动幅度同时增加，反之亦然则可以推断机组的主轴刚度是否出现了问题。

2.3水力因素

水力因素导致的振动因素通常以水管涡带以及汽蚀问题为主。汽蚀又以翼型，空腔和间隙三种形态存在。发生间隙的主要部位集中在水轮机的转轮部位，这会引发水轮机叶片边缘以及转轮部分出现侵蚀问题。而空腔的发生多集中在座环内侧部位，有时也会出现在发电机组的尾水管前半段。翼型的问题常常出现在叶片的轮翼周围和叶片的背面。受到汽蚀作用的影响，发电机组受到侵蚀而导致振动现象的加剧。因为发电机组在运行的过程中会产生较为严重的噪声，所以振动会随着负荷的增加而加剧。尾水管涡带也是导致振动问题的主要原因，受到尾水管涡带问题影响的振动除了出现在发电机组中，随着振动的加剧还可能引发引水系统以及厂房出现不同程度的振动，最终影响发电功率不稳定的问题。

3 振动处理与解决措施

3.1 振动测试的正确应用

水轮机组运行过程中出现的振动问题受到多种因素的影响，不会得到百分百的消除。所以，只能本着对引发振动原因进行寻找，最大程度上降低振动带来的影响。大多数情况下，水轮发电机组进行振动测试时通常由振动监测设备和仪表反应来进行判断。仪表法是当前判断振动问题的使用率最高的方法。采用仪表法所涉及到的设备还包含千分表和振动测试仪器，该仪器能够对振动过程进行监测，同时还能够采集振动数据并对其分析，振动数据包含振动过程所反映出来的振动波形，振动周期等相关数据。振动监测设备除了传感器之外，还包含一些信号转换的设备。

3.2 振动故障的处理

（1）电磁因素引起振动的处理。具体的振动处理中，电磁因素的解决办法是通过检测转折转子磁极极键的具体情况，通过去除磁极键的同时增加升段挡板，为了避免机组运行过程中的磁极键出现偏离，需要对磁极键进行有效的固定，完成磁极修复，还要对转子的圆度进行修理，保证圆度符合施工设计要求。

（2）为了能够有效的对发电机组的水力振动因素进行控制，需要工作人员首先关闭油路，然后安装不同分段的控制阀门，为了避免发电机组导叶的管边以及降低脱流问题的发生，同时使得发电机组内部的导叶能够按照预定的速度运转，考虑到水轮发电机组的结构较为复杂，控制水力振动的难度较大，所以，应当在发电机组内部安装关闭阀门，以此来控制水轮机发电过程中的水力振动问题。在进行关闭阀门的安装过程中，首先要做好准备工作，要先将机组内部的杂物进行清除，同时找到水轮机发电机组振动位置，通过各种措施和手段来进行振动控制工作。避免水轮机发电机组的水力振动问题更加严重。严重的水力振动通常受到协联曲线不合理问题的影响，工作人员可以通过手动控制的方法来改变发电机组的运行方式，这能够有效的降低出现水力振动的可能性。

水轮机的正常运转会受到水力振动的影响，所以，工作人员应当依据水轮机发电机的动水压力来对尾水管的水压进行调节。如果尾水管的压力过低，那么发电机组就会受到这种压力的影响使得其水力振动问题更加明显。因此，工作人员可以通过控制水轮机的振动频率，来实现间接控制水流振动。

（3）发电机组存在严重的机械振动，就可能影响发电机组的正常运转，对发电效率产生影响。所以，良好的水轮机发电机检查与维修保养是重要的基础性工作，在开展保养工作时，可以通过对发电机组内部的孔隙进行测量，来确定发电机组的轴承处于正常的工作状态，同时要避免离心力对轴承产生的干扰和影响，通常解决机械振动的主要办法有，首先，要对转子的运行效率进行控制，如果发电机组转子运行效率超过常规标准是，发电机组的稳定运行则受到影响。其次，应当保证转子中心同发电机运行轴线保持同步，随着水电站的规模不断增长，水轮机的发电机组振动问题越来越明显，为了有效的保障发电企业的安全生产，就需要工作人员要常常对机械振动问题进行处理和控制，降低发电机组出现机械振动的可能性，有效的提升水轮机的发电效率。

（4）除了上述导致振动的因素之外，空蚀问题也会导致水轮机发出明显的噪音和振动问题。特别是如果发电机组处于超负荷状态下振动问题就越发的严重。因此，提升卡门涡流的频率成为有效控制机组产生共振的办法。

3.3日常维护的要点

在进行发电机组的日常维护和保养过程中，工作人员要加强对发电机中定子以及回路绝缘体的电阻测试流程，要保证在大多数状态下，发电机组的励磁回路绝缘性能都能够严格符合相关标准。在发电机组运行的过程中，有时可能会出现电极外部短路的问题，此时，工作人员或者维护人员应当首先开展对机组外部的检查流程，主要检查的对象是查看发电机钉子端部是否处于故障状态，没有正常的运行。除此之外，还应当保证发电机组的运行状况能够得到有效的实时监控，并依据发电机组的运行状况，来制定对应的发电机组检修方案，与此同时，机组的操作人员或者维修人员还应当经常对发电机进行检查，保证发电机组时刻处于正常的运行状态和运行环境。

3.4运维工作应积极引进系统化技术

由于水轮发电机运行过程中产生振动的原因较多且可能会导致较为严重的后果，因此在运维工作中应积极做好信息技术的应用，应将机组维修情况与记录全部录入信息系统，为后续维护工作提供给全面信息保障，同时，应依托信息化诊断系统为机组故障诊断与一场维护提供全面指导，提升运维工作的针对性与安全性。

结束语：从根本上说，水轮机与发电机运行过程中的振动现象是无法彻底消除的，所以，最重要的将水轮机与发电机的振动值保持在允许范围内，要想切实做到这一点，就需要全面透彻的分析引起水轮机与发电机振动问题的真正原因，并科学性的研究各种原因的解决措施，以便实现对水轮机与发电机振动问题的有效控制。

参考文献

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作者简介：1991.07.18，男，福建常德市人，汉族，本科，助理工程师。