1、水电机组运行稳定性及振动分析探讨摘 要近年来，我国水力发电建设发展十分迅速，新建发电机组大量投入运行，由于电站建设投资方众多，电厂机电设备的制造、安装、调试及竣工验收等各方面存在很多问题，使机组投入运行后机组运行稳定性差，影响机组的安全运行。为此，本文对水力发电机组的运行稳定性及振动原因进行了相关的分析，以供大家交流探讨。 关键词水电机组 稳定性 振动原因 改进措施 中图分类号：D115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0271-01 引 言：水力发电机，因其自身的特点以及工作环境的限制，产生振动是不可避免的，振动如果实在发电机设计范围之内，则造成的危害不大，也是
2、发电机正常出现的现象，但是如果振动超过发电机出厂设计范围，则所带来的危险是比较大的，如果不进行治理，发电机很可能失去使用价值或者存在的必要。 1.水电机组稳定性分析 运行稳定性问题是目前国内外很多大中型水轮发电机组大量存在且没有很好解决的突出问题。由于水轮机固有的结构特性，使其在偏离较优运行区运行时来流冲角加大，转轮出口产生正或负的环量，出现转轮进出水边脱流、叶道涡、尾水管涡带等影响水轮机稳定运行的因素，所以水轮机只在一定负荷范围内能够稳定运行，这是其固有的特征之一。一般来说，影响水轮发电机组运行稳定性的因素，可归纳为：水力、机械与电气三大因素。水力因素中主要是尾水管涡带对水电机组的稳定性的影
3、响；机械因素中，影响机组运行稳定性的因素包含动平衡配重质量和轴线调整质量，由于各台机组的上述质量不完全相同，则在同样的水力因素作用下，机组的运行状态不完全相同。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
4、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。 2.水电机组运行振动分析 从振动的原因来看，一般有机械、水力等方面的原因。 2.1 机械振动 由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的干扰造成的振动叫做机械振动。当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时。将发生共振，引起机组出力大幅度波动，可能会造成机组从电力系统中解列，下面介绍下机械振动的原因具体分析如下： 引起机械振动的因素有：转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等特子质量不平街。由于转子质量不
5、平衡，转子重心与轴心产生一个偏心距。当主轴旋转时，由于失平衡质量离心惯性力的作用，主轴将产生弯曲变形，轴变形越大，振动也越严重，在制造时，要进行转于的静平衡、动平衡试验，使不平衡重量尽可能小，从根本上消除这种振动的原因。轴线不正：机组轴线不正会引起两种形式的振动，弓状回旋。 2.2 水力因素 振动的水力因素系指振动中的干扰力来自水轮机水力部分的动水压力。其特征是带有随机性，且当机组处在非设计工况或过渡工况运行时，因水流状况恶化，机组各部件的振动亦明显增大。由于单位体积水流的能量取决于水头，所以机组的振动一般是随水头的降低而减弱。高水头、低负荷时振动相对而言较为严重，产生振动的水力因素主要有：卡
6、门涡列、尾水管低频水压脉动、水力不平衡等。 （1） 卡门涡列 恒定流束绕过物体时，在出口边的两侧出现漩祸，形成旋转方向相反、有规则交错排列的线涡，进而互相干扰、互相吸引，形成非线型的涡列、俗称卡门涡列.当卡门涡列的冲击频率接近于转动体叶片的固有频率时，将产生共振，并拌有较强的且频率比较单一的噪声和金属共鸣声。（2） 尾水管低频水压脉动 水轮机在非设计工况下运行时，由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和汽蚀等影响，在尾水管内常引起水压脉动。尤其是在尾水管内出现大涡带后，涡带以近于固定的频率在管内转动，引起水流低频压力脉动。当管内水流一经发生，压力脉动就会激起尾水管壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道
7、的振动。 （3） 水力不平衡 水力不平衡是水力因素中最显著的一点，也是最突出的一点。水是液态的，其所产生的力也是变化不定的，其对水利发电机所造成的力就会不平衡，尤其对于发电机中的转轮来说。水的力大多与其自身的流速有关，但是水的流速不是很稳定的，不同的季节，不同的时段，其流速也是会有所不同的，因此其产生的力就相对于发电机组来说就不会太稳定，从而造成发电机组的转轮等的振动。 3.水电机组运行中的稳定性与产生振动的具体改进措施 3.1 加强设计的合理性 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
8、度，这样就直接造成了水电机组的稳定性过低。在设计叶片的时候，可以考虑采用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。 3.2 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出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
9、现，可以采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。 3.3 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负荷调节范围，防止避免叶片出现开裂，造成水电机组运行振动。 4. 结束语 总之，水力发电机组的振动是一个很复杂的问题，它是由多种因素引发的。因此，在设备运行生产管理工作中，应加强对机组振动现象及其危害性的分析与处理，从而进一步确保水电机组的正常运行。 参考文献 1商舸.现代水力发电机组工程应用和研究C.北京：中国电力出版社，2007（5）. 2曹林宁.水力发电机组故障诊断建模方法研究J.人民长江，2009（15）. 3林亚一.水轮发电机组的安装与检修M.中国水利水电出版社，2000. 作者简介： 第一作者，伊建国（1985-） ，男，甘肃临泽人，技师、助理工程师，本科，从事水电站运行工作 9 年。 第二作者，蒋维东（1984-）男，四川资阳人，本科，助理工程师，从事水电站运行 8 年。
