水电机组运行稳定性及振动的探讨

水电机组运行稳定性及振动的探讨

马飞翔

黄河上游水电开发有限责任公司积石峡发电分公司

摘要：由于水电机组稳定性和与振动问题非常复杂，单从振动这方面来看，其振动情况大致可以分为水施类、电器类和机械类。由于水轮机的结构自由，直接导致水电机组的振动不可避免,在机组运行的过程当中,会出现多种问题,例如水管涡带、叶道涡、水边脱流等。水利优化设计只能部分解决水压脉动与振动问题,目前我国这方面的技术有限,其差距仍然存在。要想实现水电机组运行稳定性与振动问题的改善必须要通过减振防振措施、水电机组优化运行等途径实现，对此，我国政府及相关部门应加以充分重视，极大技术、资金投入，深入开展对水电机组运行稳定性及振动方面问题的研究，并广泛借鉴国内外发达国家经验，只有这样才能够真正实现我国水利事业的发展。

关键词：水电机组；运行；稳定性；振动

1水电机组运行稳定性及振动分析

1.1水电机组运行稳定性

常规情况下，在水电机组运行过程当中，影响其稳定性的主要原因大致有三点：机械、水力与电气。由于各水轮机组零部件的质量各不相同而导致影响水轮发电的稳定性是机械方面的因素，质量各不同主要是调整轴线与动平衡配重的质量等多方面存在问题。在水利因素方面，水轮机组的稳定性主要与水管涡带有关。在水利因素的影响之下，会由于各个机组之间不同的运行状态影响机组稳定。

一般情况下，评价水电机组的振动、摆度和水压脉动的标准主要有以下几种情况：

1)水力发电机组的振动与摆度

《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》中的第五部分可以很好的评价水力发电厂中水电机组中不同的振动与摆度，这部分也严格规定了水里发电厂中发电机组的标准细则。若是要依照发电机厂的自身情况来制定符合实际情况的评价标准，则可以依据《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》中的第一部分的相关内容，并随时监测系统的报警定值。

2)水压脉动

轮转相关技术的指标与轮转模性实验的验收规程能够准确的评价水电机组的水压脉动，在《水力机械振动和脉动现场测试规程》的相关文件中，明确规定了实时监测系统的固定报警值，同时也拟定了合理的水压脉动的评价标准。

1.2水电机组运行振动分析

振动问题是水力发电技术中发电机组普遍存在的问题，基本上难以避免。水电机组的各部件在工作当中不可避免的会产生振动，但是振动幅度一般有固定的范围，若是振幅超出范围之外，很有可能会直接影响整个水电机组的安全，使之使用寿命减少。在发生振幅超出范围时，工作人员要尽快找出原因，并想办法来解决这一问题。由于水电机组间的振动问题非常复杂，其产生原因非常多，但是从各类水电机组的振动原因来分析，其主要原因主要是水力、电磁与机械。

在水电机组运行过程中,受机械惯性、摩擦力的影响不免会出现震动问题,这些因素所导致的震动往往是机械震动,其原因是由于转子质量不平衡、轴承存在缺陷、机组轴线位置错误所造成的。如果水电机组是由于动水压力而导致振动现象的出现，那么其水利部分造成震动问题则主要是由于以下三个因素造成的，即水力不均、涡轮开裂、尾水管不稳定所造成的。除此之外，如果水电机组受电磁干扰过大也会导致振动现象的发生，其主要原因是由于电机短路、发电机相位不对称造成的。但不论是何种因素造成振动问题，需要认识到的是，任何振动现象都会对水电机组造成非常大的危害，正因如此，在水电机组的维护上必须要釆取科学合理有效的措施及时预防、出现问题技术处理才能够避免故障发生。

2改进水电机组运行中的稳定性与产生振动的措施

2.1加强设计的合理性

根据设计混流式水轮机的标准可以发现，一般情况下需要遵循两个原则：一方面要能够保证水流装机叶片头部不会出现在水流入口，避免形成冲角；另一方，要保证出水口的方向带有正环量，使得水流不会逆向而行。必须遵循这两个原则的原因主要是因为在冲角过大的情况下，会导致水流装机叶片头部脱流，形成叶道涡，造成水压脉动出现高频或者低频问题。通常情况下，水流叶片在脱流空化时主要呈负压状态，并在水流与叶片的表面出现一个较大的真空空腔。如果脱硫现象较为严重，那么所出现的真空负压将会造成金属叶片表面金属层剥层、腐蚀、开裂的问题，是的水电机组出现较大的振动现象。不仅如此，叶片出水口水环流量的控制也要合理设计，如果水流环量过大，也会在尾水管内出现强烈的涡带，并导致压力脉动出现低频现象。

正是由于上述原因，要想保证水电机组能够稳定工作，就要正确处理转轮叶片和导叶出口处叶道涡和卡门涡的问题,尽量避免空蚀与压力脉动。其次，也必须严格控制水头的变化，要减小其变化幅度，平均水头控制在35%左右最为合适。另外，减小水电机组的单位转速、改变水头的设计方式也能很好的控制水电机组的稳定性，严格控制水头振动问题。

总之，在设计水电机组的过程当中，不能只盲目追求参数高，有时候参数较低的水电机组的稳定性也相当好。在通常要求机组高效率工作的时候，就必须适当减少叶片数目与厚度，这样就直接造成了水电机组的稳定性过低。在设计叶片是时候

,可以考虑采用X型并且有负倾角的叶片，这种叶片能够很好的适应变化较大的高水头。同时，还可以依照各个水电站的不同情况来选用合适的叶片数目与长度。

2.2制造工艺的改进

水轮机过流表面形成翼型是最为理想的水利设计，但是要想实现这一理想，必须加强工艺改进措施。精钢型的铸件，经数控机床加工过的转轮叶片等等一些措施都能改善因水利不平衡和重量差异引发的问题。同时，为了避免出现裂纹，还可以选用探伤、焊接及热处理工艺来降低机组残余力。在岸滩电站中，曾出现过因为转轮叶片出口中岀现的压力脉动而导致共振的现象，甚至会因为共振引发水边裂纹。要想避免这一状况的出现，可以釆用先进的制造工艺来进行真空精炼，有效预防这一问题的产生。我国小浪底水电站共有六台水力发电机组，都曾发生过因没有及时在焊接之后退火而产生裂纹。可以说，这些问题都是由于制造工艺存在问题而导致的，只有加强工艺改进，才能避免问题的发生。

2.3安全运行

水电机组在运行过程当中必须要严格依照相关操作规程与技术规范进行，如机组启动、停机、加载卸载等环节都应该科学合理对待，一旦盲目操作水电机组或急开急停机组都会导致叶片出现开裂现象。尤其是对于一些额定水头值较低的机组而言，必须要加大高水头符合稳定性的改善力度，只有这样才能够真正缓解和提升发电机出力程度,进而拓宽水电机组的符合调节范围，防止避免叶片出现开裂，造成水电机组运行振动。

结束语

随着我国社会经济的迅速发展，我国的水力发电建设取得了巨大的成就。但是大量的新建水电机组投入运行，由于机组设备的制造、调试、安装及接收等方面不够完善，导致水电机组在运行过程中出现问题，特备是水电机组运行稳定性和振动成为了最为突出的一问题，本文就水电机组运行稳定性和振动进行分析，并提出一些可供参考的意见和措施。

参考文献

[1]张飞,刘兴华,潘伟峰,潘罗平.水电机组振动监测与评价技术综述[J].大电机技术,2021,(04):45-54.

[2]孟湘.基于对称点模式的水电机组振动信号分析[D].武汉大学,2021.

[3]罗萌.水电机组振动故障诊断与趋势预测研究[D].华中科技大学,2017.

[4]陈国青.基于动态振动区条件下水电机组负荷分配策略研究[D].华北电力大学,2017.