水电机组运行稳定性及振动

　　现在我国水力发电建设发展十分迅速，而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。本文针对水力发电机组的运行稳定性及某些振动案例进行了分析。

　　《水电自动化与大坝监测》(双月刊)创刊于1997年，由国电自动化研究院主办，全国水电厂自动化技术信息网、全国大坝安全监测技术信息网协办，电力系统自动化杂志社编辑出版。

　　1 前言

　　现在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，使某些机组投入运行后机组运行稳定性差，振动摆度超标，导致机组架机、轴系、主轴等方面的机械损伤，影响机组的安全运行，本文针对水力发电机组的运行稳定性及某些振动处理案例进行了分析探讨。

　　2 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。

　　2.1 机组的振动、摆度、水压脉动评价标准

　　对于水力发电机组的振动、摆度各电厂可以依据：GB—T一6075—5—2002在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》第5部分：水力发电厂和泵站机组，GB—T一6075一l二1999《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》第1部分：总则，GB/T 11348.5—2002《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》第5部分：水力发电厂和泵站机组，GB/T 11348.1—1999《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》第l部分：总则等标准接合各电厂设备情况制定评价标准及在线监测系统的报警定值。

　　水压脉动可以依据轮转模性试验验收规程及转轮相关技术指标和《水力机械振动和脉动现场测试规程》GB—T17189—1997等技术规程和文件来制定水压脉动评价依据或线监测系统的报警定值。

　　2.2 运行稳定性分析

　　在有完整的测试验数据资料的基础上，才有可能作出结论明确的分析，以下是机组带负荷稳态运行过程轴心轨迹分析：

　　上图2—1是某大型混流式机组在不同负荷运行时的轴心轨迹图，图中(A)、(B)、(C)、(D)分别是机组带不同负荷情况下水导轴承处轴心轨迹(图2-1A、C)及上导轴承处轴心轨迹(图2-1B、D)，很明显，机组在不同负荷运行工况，水轮机流道中流场变化很大，但对上上导轴承处轴心轨迹影响不大，而对水导轴承处轴心轨迹受水力因数影响极为明显，图2-1(A)所示机组在带250MW负荷运行时，水导轴承处轴心轨迹近似园型，说明X—Y方向的摆动为一倍频，而且水导轴承处各方向预载荷均衡，根据图2-1(C)所示机组在带160MW负荷运行时，水导轴承处轴心轨迹受水力因数影响产生了明显的低频滚动现象，主要是受转轮出口旋转流场影响，改变了水导轴承处轴心轨迹型态，这时水导轴承处的水平振动明显上升(55μm一120μm)，其轴振频谱也发生明显改变。

　　3 水轮发电机组振动分析

　　水轮发电机组振动是水电站存在的一个普遍问题。运行中的机组不同程度都存在着振动，当振动超过规定的允许值时，便会影响机组的安全运行和机组的寿命.需及时找出原因并采取措施消除。同时水轮发电机组的振动也是一个复杂的问题，但从振动的原因来看，一般有机械、水力及电磁等方面的原因。

　　由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的于扰造成的振动叫做机械振动。引起机械振动的主要因素有：转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等。

　　由水轮机水力部分的动水压力的干扰造成振动叫水力振动。引起水力振动的主要因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不稳定、涡列等。

　　由发电机电磁部分的电磁力的干扰造成的振动叫做电磁振动。引起电磁振动的

　　因素有：发电机二相不对称运行、发电机突然短路等。

　　3.1 水力发电机组主轴不同心导致的振动案例分析

　　以下是某高转速混流式机组、现场经多次振动处理后的一组振动特征数据：

　　根据试验数据结果综合分析，机组原有的质量不平衡导致的振动己消除，但机组上机架通频振动幅值仍然很大(超标)，其主要振动频率成份是16.3Hz(二倍频)及22.5Hz，严重影响机组安全运行，综合电厂检修情况及机组振动发展情况，对机组上机架通频振动值超标(标准为50μm)的主要原因判断如下：

　　机组推力轴承组合存在轴线与推力头镜板不垂直、轴线对中不好或推力头松动等问题;上导、下导及水导轴承不同心，各导轴承间隙配合不当。机组停机大修，对上导、下导及水导轴承同心度及轴线作重新调整，并对水导轴承处主轴轴颈处偏磨(深度约650μm，角度约70°)进行重新加工处理，开机运行后原主要振动频率16.3Hz(二倍频)及22.5Hz得到有效改善，通频振动幅值下降至40μm以下。

　　4 结语

　　本文通过对现场测试有关数据进行分析，阐述了水力发电机组运行的稳定性及分析评价方法，通过具有代表性的实例重点分析了水力发电机组主轴不同心导致的机组振动和受不平衡力的作用导致机组振动原因，并提出相应的处理方法，对水力发电机组的振动测量和处理具有借鉴意义。

　　水力发电机组的振动是一个很复杂的问题，有机械类振动、电气类振动和水施类振动，水轮发电机组在运行中产生振动现象是不可避免的，由于水轮机固有的结构特性，必然产生如尾水管涡带等水力不稳定现象，虽然通过优化水利设计可适当减小运行范围内的水压脉动，扩大机组的稳定运行范围，但就目前国内外技术看，水轮机要完全保证全范围内稳定运行还很难做到。所以优化机组运行和采取有效减振防范措施是目前解决水轮机稳定性问题较为有效的手段之一。

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