水電機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究

李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

水電機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究

李艷林

(貴州黔源電力股份有限公司,貴州遵義 563000)

隨著水力資源不斷的開(kāi)發(fā)利用,水電在電力系統(tǒng)中所占的比例也越來(lái)越高,水電機(jī)組運(yùn)行的安全性關(guān)系到水電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和安全性能,電機(jī)組的事故,通常都會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡。本文簡(jiǎn)要介紹了水電機(jī)組故障產(chǎn)生的原因及其主要特征;給出了水電機(jī)組故障判別和試驗(yàn)方法;簡(jiǎn)要介紹了水電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)水電機(jī)組故障診斷技術(shù)的運(yùn)用,為實(shí)時(shí)的掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)提供了技術(shù)支持,能夠有利于降低機(jī)組的事故率,減少經(jīng)濟(jì)損失。

水電機(jī)組 故障診斷 振動(dòng) 監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電機(jī)組振動(dòng)故障的診斷研究對(duì)水電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除事故隱患，同時(shí)能夠方便對(duì)事故數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和整理，便于分析，故障診斷的原理如圖1所示。水電機(jī)組屬于大型、復(fù)雜型設(shè)備，設(shè)備一旦出故障，分析起來(lái)十分的復(fù)雜，而且機(jī)組一旦停備會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以，為了保證機(jī)組的正常運(yùn)行，對(duì)水電機(jī)組的檢測(cè)和診斷時(shí)必不可少的。

1 水電機(jī)組振動(dòng)故障的原因及主要特征

引起水電機(jī)組振動(dòng)的原因可以規(guī)為三類(lèi)，包括機(jī)械原因，水力原因和電磁原因，故可以按原因的分類(lèi)將機(jī)組的振動(dòng)分為三類(lèi)。

(1)機(jī)械振動(dòng)。為了保證水輪發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)部件的穩(wěn)定性，機(jī)組的旋轉(zhuǎn)部件和支承結(jié)構(gòu)按軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)布置。當(dāng)機(jī)組的旋轉(zhuǎn)部件偏離軸對(duì)稱(chēng)性時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生不同形式的震動(dòng)。這種振動(dòng)現(xiàn)象即稱(chēng)為機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械故障引發(fā)的振動(dòng)形式具有顯著的特點(diǎn)。振動(dòng)頻率一般為轉(zhuǎn)頻或者轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)，所產(chǎn)生的不平衡力一般為徑向的水平方向。

(2)電氣振動(dòng)。電氣振動(dòng)的產(chǎn)生原因包括兩個(gè)方面，一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分因受不平衡力的作用產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓之間氣隙不均勻時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子之間會(huì)產(chǎn)生不均勻的磁性拉力，磁性拉力會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子和定子形成轉(zhuǎn)頻激擾力。令外當(dāng)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜不平衡，轉(zhuǎn)子和定子之間不均勻的空氣間隙所引起的作用力，同樣會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)。二是發(fā)電機(jī)定子的振動(dòng)，其原因可以分為以下幾種：發(fā)電機(jī)定子繞組分?jǐn)?shù)槽引起；發(fā)電機(jī)定子的組合縫；定子的鐵心松動(dòng)；發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙不對(duì)稱(chēng)以及定子繞組不對(duì)稱(chēng)；定子繞組固定不良；負(fù)序電流。

(3)水力振動(dòng)。造成水力振動(dòng)的原因有：尾部管內(nèi)的低頻渦帶；尾水管接近轉(zhuǎn)頻的脈動(dòng)；水輪機(jī)水封間隙不等產(chǎn)生的水力不平衡；渦殼、導(dǎo)水葉和轉(zhuǎn)輪水流不均勻引起的振動(dòng)；壓力管道中的水力振動(dòng)。

2 水電機(jī)組振動(dòng)故障的判別與試驗(yàn)方法

水電機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生的原因很多，還有可能是多種因素的共同作用導(dǎo)致的，不同的因素間還有相互影響和相互制約的關(guān)系?？梢哉f(shuō)水電機(jī)組的振動(dòng)是機(jī)械、水力和電氣諸多方面振動(dòng)的耦合。所以就需要一些方法來(lái)判斷某種振動(dòng)是由于什么原因所導(dǎo)致的。

2.1 由振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)判別振動(dòng)產(chǎn)生的原因

振動(dòng)試驗(yàn)中包含下面的試驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，如果改變轉(zhuǎn)速對(duì)振幅變化不靈敏，則造成機(jī)組振動(dòng)的原因可能是軸線(xiàn)曲折，如果振幅隨機(jī)組轉(zhuǎn)速增高而呈平方倍加大，則產(chǎn)生的原因可能為轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)靜不平衡；勵(lì)磁試驗(yàn)，如果隨著電流的增加振幅也增加，則造成振動(dòng)的原因?yàn)榇爬Σ黄胶?；?fù)荷、調(diào)相試驗(yàn)，如果振幅和負(fù)荷呈正比關(guān)系且水輪機(jī)導(dǎo)軸承上振幅變化敏感于發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承，則機(jī)組振動(dòng)的原因?yàn)樗Σ黄胶狻?/p>

2.2 從振動(dòng)部位判別振動(dòng)原因

運(yùn)行中的機(jī)組，當(dāng)上機(jī)架的振動(dòng)比較突出時(shí)，則振動(dòng)原因一般見(jiàn)于推力軸承和上導(dǎo)軸承的缺陷，或者是機(jī)組軸線(xiàn)不垂直所導(dǎo)致；當(dāng)轉(zhuǎn)輪的線(xiàn)性和開(kāi)口不均勻時(shí)，因?yàn)樗Σ黄胶鈺?huì)造成機(jī)組的振動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)輪葉片線(xiàn)性有問(wèn)題時(shí)，葉片尾部會(huì)產(chǎn)生渦旋，同時(shí)尾部的壓力脈動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)。

2.3 由振動(dòng)頻率識(shí)別振動(dòng)原因

振動(dòng)頻率所造成的振動(dòng)主要包括以下方面：如果振動(dòng)的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是相同的，則可以推測(cè)造成機(jī)組振動(dòng)的主要原因?yàn)檩S線(xiàn)曲折、水輪機(jī)迷宮間隙不均勻和導(dǎo)軸承間隙問(wèn)題等；如果振動(dòng)頻率是發(fā)電機(jī)電流頻率的2倍，則產(chǎn)生的原因可能是定子鐵芯組合逢不嚴(yán)；如果振動(dòng)的頻率是發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)與轉(zhuǎn)速頻率的乘積，則機(jī)組振動(dòng)的原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)空氣間隙不均勻。

3 水電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)的首要環(huán)節(jié)就是監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇和布置，只有準(zhǔn)確合理的選擇和布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)才能保證所采集信號(hào)的真實(shí)性，以及進(jìn)行故障診斷結(jié)果的可信度。選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行性能、規(guī)律以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。監(jiān)測(cè)點(diǎn)要選擇最具有代表性以及最能準(zhǔn)確反映運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的選擇和布置要符合水電機(jī)組運(yùn)行的四個(gè)特性，即水力特性、機(jī)械特性、設(shè)備特性和電氣特性。

其次是對(duì)傳感器進(jìn)行選擇，傳感器作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要部件，其可靠性和準(zhǔn)確性關(guān)系到所測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，選擇傳感器時(shí)要以水電機(jī)組的特點(diǎn)為依據(jù)，合理的選擇。一般來(lái)講，傳感器的頻響范圍一般應(yīng)控制在0-200KHz，傳感器必須具有，安全穩(wěn)定和長(zhǎng)久耐用的特點(diǎn)，盡量選擇性能好的傳感器。

最后是對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行采集、分析和處理。水電機(jī)組屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，同時(shí)又有自己的固有特性。在系統(tǒng)信號(hào)分析中，不但包括通用機(jī)械信號(hào)分析功能，而且還具有機(jī)組獨(dú)特信號(hào)的分析功能，比如發(fā)電機(jī)氣逢、油膜厚度、溫度趨勢(shì)等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)水電機(jī)組的故障診斷技術(shù)進(jìn)行了研究，簡(jiǎn)要介紹了水電機(jī)組故障的原因及其主要特征；給出了水電機(jī)組故障判別和試驗(yàn)方法；并簡(jiǎn)要介紹了水電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)水電機(jī)組故障診斷技術(shù)的運(yùn)用，為實(shí)時(shí)的掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)提供了技術(shù)支持，能夠有利于降低機(jī)組的事故率，減少經(jīng)濟(jì)損失。

[1]劉峰,楊曉萍,劉曉黎.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷專(zhuān)機(jī)系統(tǒng)的研究.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)[J],2002,19(4):372-376.

[2]符向前,劉光臨,蔣勁.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)[J],2002,35(1):24-28.

[3]楊曉萍,解建寶，等.水輪發(fā)電機(jī)組的事故停機(jī)分析與故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)[J],1998,14(2):201-204.

李艷林(1985—),男,貴州遵義,本科,主要從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。