淺談水電站機(jī)組振動與平衡

摘要：水力發(fā)電已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中的主要電能生產(chǎn)方式，水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率則是影響生產(chǎn)效率的主要因素.水電站發(fā)電機(jī)組功率大，一次和二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行時很容易受電力系統(tǒng)各種因素的影響，其中振動為最常見問題.因此需要從各種維護(hù)的技術(shù)角度分析，確定造成機(jī)組運(yùn)行振動問題產(chǎn)生的原因，并有針對性的采取措施進(jìn)行優(yōu)化，最大程度上消除振動產(chǎn)生的影響，努力提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水電站;機(jī)組振動;平衡

前言：水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中常規(guī)的振動是無法避免的。一般情況下，尾水管渦帶的壓力和補(bǔ)平衡力是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組振動的最主要的兩個因素，不經(jīng)常出現(xiàn)的振動方式有三種情況，主要是共振、自激振動和水體共振，任何部分的水體部分都有可能發(fā)生振動，在水輪發(fā)電機(jī)組振動時，最經(jīng)常出現(xiàn)的一個問題是轉(zhuǎn)子不平衡，這種問題的出現(xiàn)一般的根源就是在轉(zhuǎn)動部分最為常見，主要包括電氣、水力和機(jī)械的不平衡，而不平衡的頻率和轉(zhuǎn)速頻率是一樣的。

一、水電站同步發(fā)電機(jī)振動的現(xiàn)象和危害

1、水輪發(fā)電機(jī)組振動的現(xiàn)象很復(fù)雜，主要有水力、機(jī)械、電氣等三大方面的原因;機(jī)組的軸向振動，也稱為縱向振動。立式機(jī)組表現(xiàn)為上下跳動;臥式機(jī)組表現(xiàn)為前后串動。徑向振動，也稱橫向振動。表現(xiàn)為在垂直于軸線的方向上搖擺。繞軸線的扭轉(zhuǎn)振動，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)不均勻、機(jī)組角速度周期性地加大和減小。設(shè)備磨損程度加大，使得軸瓦溫度升高容易被燒壞.水輪機(jī)是機(jī)組轉(zhuǎn)動的動力來源，它工作不穩(wěn)定必然影響整個機(jī)組。水輪機(jī)及通過的水流方面，轉(zhuǎn)輪四周水力不平衡。反擊型水輪機(jī)發(fā)生空腔空蝕。導(dǎo)葉或輪葉產(chǎn)生不穩(wěn)定的渦流。高水頭長輸水管道的機(jī)組，在負(fù)載變化時可能因水錘現(xiàn)象而造成振動。

2、機(jī)械上原因主要有，轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、葉輪或葉片損壞，葉輪或

葉片損壞、斷裂;葉輪或葉片結(jié)垢;聯(lián)軸節(jié)對中不好;管道對中不好有應(yīng)力;滑銷系統(tǒng)故障缸體膨脹受限制;軸瓦磨損間隙增大;推力瓦塊磨損，軸向位移增大，動靜部分產(chǎn)生摩擦;基礎(chǔ)管道共振。操作上的原因：升速升壓過快，熱膨脹不充分;潤滑條件不好;油膜振蕩;喘振工況下運(yùn)行;高速輕載運(yùn)轉(zhuǎn);葉輪性能不穩(wěn)定;臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域停留;液體進(jìn)入缸體產(chǎn)生水擊。使金屬材料疲勞，零件磨損，軸封間隙增加，漏氣增加，軸瓦工作困難，振斷管線，同樣如果其動態(tài)剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時，就會導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生較大的振動，并且，振動過大還會導(dǎo)致機(jī)組零部件金屬和焊縫之間疲勞破壞區(qū)增大，降低設(shè)備運(yùn)行機(jī)能.因此必須要及時采取措施進(jìn)行控制，降低對發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率的而影響.轉(zhuǎn)動部件故障是影響水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的常見原因.當(dāng)動態(tài)質(zhì)量不平衡即發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行一段時間后，受各項(xiàng)因素影響各部件松動或者發(fā)生位移，造成機(jī)組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡性下降，以及部分機(jī)組轉(zhuǎn)速高并且轉(zhuǎn)子較長，在運(yùn)行過程中也會出現(xiàn)不平衡力矩問題，通過對此方面思考的分析，需要重點(diǎn)做好轉(zhuǎn)動部件的選擇和安裝，保證各細(xì)節(jié)實(shí)施效率，并采取可靠措施來防止磁軛運(yùn)行時產(chǎn)生的不均勻徑向外移的現(xiàn)象.

3、發(fā)電機(jī)氣隙不均勻、、勵磁系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、三相負(fù)荷不平衡，電力系統(tǒng)有功無功及頻率的突變使得機(jī)組輸出的頻率和波形會因振動而變化，降低供電的質(zhì)量。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)組經(jīng)常會出現(xiàn)三相負(fù)載不對稱問題，即發(fā)電機(jī)定子單向接地或者兩相短路時，就會出現(xiàn)三相負(fù)載不對稱問題，當(dāng)負(fù)序磁場正對著發(fā)電機(jī)縱軸時，較小氣隙磁場會增大轉(zhuǎn)子間的作用力;當(dāng)負(fù)序磁場正對發(fā)電機(jī)橫軸時，較大氣隙磁場會減小轉(zhuǎn)子間作用力.所以，負(fù)序磁場造成定轉(zhuǎn)子間作用力一直在變化，便會造成定子機(jī)座和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動問題.

二、水力發(fā)電機(jī)組振動與平衡的處理措施分析

1、水力發(fā)電機(jī)在安裝時如果定子和轉(zhuǎn)子不同心，或者電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子不同圓，在投用后運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)氣隙不均勻問題;就需要采取措施來消除在靜態(tài)氣息不均勻問題，利用，墊片設(shè)置在磁極和磁軛的間進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對機(jī)組部件設(shè)計(jì)、制作和安裝等環(huán)節(jié)的管理確保其可以滿足水利發(fā)電機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)需求，即對機(jī)組日常運(yùn)行巡檢，做好檢修工作，避免發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在運(yùn)行過程中出現(xiàn)松動情況.

2、在發(fā)電機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)三相負(fù)荷不對稱問題，造成機(jī)組出現(xiàn)振動問題，通過設(shè)置發(fā)電機(jī)阻尼繞組來減小負(fù)序電流，在負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子時，電阻中安裝的漏電抗很小的阻尼繞組便可以產(chǎn)生較大感應(yīng)電流，對負(fù)序磁場進(jìn)行削弱，來減少產(chǎn)生的負(fù)序電流，避免出現(xiàn)振動問題;對電網(wǎng)進(jìn)行三相負(fù)荷的調(diào)整，這樣出現(xiàn)三相電流的不平衡的頻率會比較低，達(dá)到水輪發(fā)電機(jī)可以長期穩(wěn)定的運(yùn)行下去。

3、造成發(fā)電機(jī)組振動的水力不平衡影響最為明顯，根據(jù)季節(jié)水利資源的實(shí)際情況，針對此類問題需要對進(jìn)水口進(jìn)行處理，采取措施來控制進(jìn)水流速，根據(jù)不同季節(jié)、時段水速變化特點(diǎn)，來設(shè)置管理方案，最大程度上來降低水力不平衡因素產(chǎn)生的影響.水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的靜平衡只能通過試驗(yàn)來檢查和實(shí)現(xiàn)。

4、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的靜平衡除容量很小的以外，尺寸及重量較大的大中型轉(zhuǎn)輪則只能用立式的試驗(yàn)臺進(jìn)行靜平衡。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子都是尺寸很大、重量很重的，其靜平衡無法用試驗(yàn)的方法檢查調(diào)整，只能依靠組裝的工藝過程來實(shí)現(xiàn)。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的靜平衡只能通過試驗(yàn)來檢查和實(shí)現(xiàn)。

三、總結(jié)

保證電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，以提高水電站發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性為目的，需要對常見振動問題進(jìn)行分析，確定問題發(fā)生的原因，有的放矢選擇解決措施.對不同影響原因進(jìn)行分析研究，加強(qiáng)設(shè)備安裝和運(yùn)行管理，爭取不斷提高水電生產(chǎn)綜合效率.

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作者簡介：

拜德鵬，男，助理工程師，從事水電廠機(jī)電設(shè)備維護(hù)工作。