（湖南新华水利电力有限公司 湖南长沙 410000）
摘要：影响水力发电厂稳定运行的因素较多，这其中发电机组振动是较为常见的问题之一。水力发电厂设备运行管理必须充分认识其危害性，结合现场测试数据进行深入研究，这样就要求我们明确机组运行稳定性的监测与相应评价方法要更具科学性。
关键词：水力发电机组;运行稳定性;监测
我国中小水力发电厂发展较为迅速，随着大量发电机组投入到实际生产，有关机组安装、调试、竣工验收等环节出现的问题亟待解决，否则机组会在运行中出现稳定性较差、摆度超标会造成机组零部件出现较严重的磨损直接危及到机组的运行安全。本文结合案例对水力发电机组监测加以分析。
一、水力发电机组运行稳定性的监测
（一）布置机组试验测点
实验结果的正确与否关键在于布置测点的合理性，科学布设测点可以真实地反映出机组的运行状况。否则会影响实验的准确性，无法为后期分析提供科学依据。
1.测点布置与测量仪器
振动位移值的测量多作为机组振动水平的评价标准，由于低频是传感器的特性，因此多使用速度型传感器。考虑到暂态过程，还需考虑传感器能否满足实际要求，从而确定是否需要使用加速传感器。振动测量应集中于导轴承、推力轴承的支架、轴承座等关键零部件，这样才能准确测量工况条件不同时因水利、机械、电磁等诸多原因产生的振动。通常情况下，布置水平测点应在支架与轴承座呈90°的两个不同方向上位置上。针对周成机架部分的测点，需以旋转中心为核心，在一（两）个轴方向垂直布置出相应的测点，并在轴的径向布置出相应的测点。以轴向和径向呈90°的两个方向布置相互垂直的测点。通过分析运行机组主轴运行轨迹、动态空间轴线，我们可获取导轴承与同心度的实际荷载状况。未获取靠近导轴承承接处（主轴径向）的摆渡，通常使用电涡流传感器。当我们测量主轴摆度时，一般将传感器布置在基础支架上。分析机架在机组运行时的振动因素和暂态过程、工况运行轴向串动现象时，需将电涡传感器安装于主轴方向。测量相位时，通常使用电涡流或光电传感器。
2.水压脉动测量部位
测量水压脉动的主要部位有：钢管末端蜗壳进口断面处、上迷宫、水轮机转轮和活动导叶之间、条件允许情况下的肘管（进口、中部、出口端面）部位、尾水锥管段。针对混流式水轮机来说，上述布置测点可满足常规稳定测试要求。如功率、轴承支架应力变化以及导叶扭矩等特特殊情况还需进行有针对性的监测。
（二）试验工况
机组测试的工况受实验目的与机组实际运行等因素影响，主要包括：机组转速呈现出逐级上升且达到额定（或超出）转速——变转速试验；机组开机或停机以及机组甩负过程——暂态过程试验；空载、变励磁、变负荷等工况实验——变负荷试验；当机组判定出现故障或机组有调相任务时通常不监测——调相试验。
二、水力发电机组运行稳定性评价与分析
（一）评价机组振动、摆度、水压脉动的标准
监测发电机组振动与摆度多以GB/T 6075--2002《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》为标准，还可结合GB/T 11348―1999《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》规定的标准来制定评价标准，并确定在线监测报警值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水压脉动的评价依据与监测报警值多依据轮转模型试验验收规程与转轮技术指标，还可参照GB/T 17189―1997《水力机械振动和脉动现场测试规程》确定评价依据。
（二）分析水力发电机组稳定运行的方法
分析机组运行稳定性必须结合完整的监测数据，这样的结论才具科学性。根据不同发电机机组运行状况加以分析如下：
1.分析带负荷机组与暂态过程的振动与摆度频谱
以某电厂机组为例，由于水力因素影响导摆度不大，其主轴摆度受转频影响较大。这样可判断主轴通常不会出现曲轴或严重不对中的情况。分析上机架垂直振动级联图后发现，上机架垂直振动模态分别为65.7Hz、15.4Hz，如机组出现停机会完全关闭导叶，虽然励磁开关完成断开，但其转速仍然较高。分析摆度主要受静态弯曲与质量不平衡影响，由于静态弯曲始终处于恒定状态，因此停机过程中的机组摆度主要原因在于质量不平衡。顶盖振动与水导摆度则是水力激振的主要原因。当符合区间不同时，可将水力激振的频率特征划分为四个主要成分：第一，转频脉动较为明显的两个区域为0～5MW与20～25MW；第二，脉动出现在50～70Hz以及0～16MW负荷区间；第三，当负荷区间为10—15MW时，会出现低频涡带（1.4Hz左右），同时会直接影响到发电机组的运行稳定性；第四，无论哪个负荷区都会存在叶片频率脉动，但其脉动数值相对较小。
2.机组受不平衡力作用的振动处理方法
以国内某发电机组为例，该机组机架水平振动为：280μm、机架摆度为890μm。为保证分析的可靠性，我们从发电机组的启动、变转速、变励磁以及变负荷等不同工况条件下全面测试振动、水压脉动以及摆度等实际参数。
结合频谱测试结果，可判断上机架的振动与摆度的主要原因是(2.27Hz)。当负荷区随着负荷逐渐增加，导轴承部位的实际摆度没有明显变化。随着机组转速、励磁逐渐变化，振动与摆度会发生较大变化。由此可判定，该机组磁拉力与质量都未达到平衡状态，从而造成机组出现振动的情况。综合考虑机组空载振动相位与带负荷后磁拉力未达到平衡等综合因素，最终在130°相位出增重240kg，从而将上机架空转带负荷的振动（150μm、280μm）调整至较为合理的数值（90μm、98μm）。
受磁拉力不平衡的客观影响，振动问题不能依据质量平衡加以处理。由于该机组在枯水期进行了大修，且准确测量了定子圆度、转子磁极匝间绝缘、转子磁极圆度等数值，通过数值分析可知：转子磁极偏心磁拉力不平衡主要原因，且双边之间达到了1.8mm最大值。当转子磁极整体偏心角度和试验矢量分析相位达到了10°。针对这一情况，通过调整对转子磁极来调整转子磁极偏心度，从而较好的消除了因磁拉力不平衡造成的振动分量，最终将机组上架振动幅度控制在合理范围内（80μm）。
结语
综上所述，振动是水力发电机组中较常见且非常负责的问题。引起振动的原因较多，我们有必要加强设备运行管理，通过分析振动现象找出原因并制定处理措施。通过分析实际案例和具体数据，本文论述了监测机组运行稳定性的方法，针对机组的主要部位来分析振动与不平衡力的主要作用情况，并依次提出相应的处理方法。
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论文作者:刘沫然
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/21
标签：机组论文; 水力论文; 负荷论文; 机架论文; 磁极论文; 测量论文; 稳定性论文; 《电力设备》2016年第2期论文;