水轮发电机组振动过大的处理与分析

简析水轮发电机组的振动原因及改进措施摘要：水轮发电机在长期运行过程中，会产生振动。

引起发电机组振动的原因可以从机械、水力和电力三方面考虑，针对这些原因，从发电机水机保护、励磁系统、发电机组导轴承方面进行改进。

关键词：水轮发电机；振动原因；改进随着现代技术的迅速发展，水轮发电机的比转速和单机容量越来越大，其结构更加复杂，机组稳定性问题日益突出。

一批像三峡工程等大、中型机组投入运行，其稳定性能尤为重要。

稳定性能成为衡量大、中型发电机组的重要性能指标。

1. 水轮发电机组的振动原因振动是旋转机械运行过程中的固有属性。

振动不仅影响机械的性能和寿命，还会引起机械故障和损坏会，造成重大经济损失。

水电机组的振动直接影响机组的安全运行、负荷的合理分配及供电的质量，如果不加以控制，还会造成严重的事故。

例如，西南某大型电厂的一台机组因导叶销破坏引起转轮周期性激振，导致转轮两块叶片振落，其它严重开裂叶片更换新转轮，直接经济损失一千万元；葛洲坝电厂某号机投产后出现明显振动，导致厂房震颇，严重地危及运行人员的身心健康。

可见，机组的振动值是一个重要的质量指标，既可以根据机组起动过程的振动来评价机组的安装质量，也可以根据机组振动状态确定机组的检修计划。

水轮发电机组的振动问题与一般动力机械的振动有所不同。

水电机组的振动除需考虑机组本身的转动或固定部分的振动外，尚需考虑作用于发电机部分的电磁力及水轮机过流部分的流体动压力对系统及其部件振动的影响。

在机组运转的情况下，流体一机械一电磁三部分是相互影响的。

因此，严格地说，水轮发电机组的振动是电气、机械、流休耦合振动。

完全按照这三者的耦合关系来研究系统的振动是非常复杂的，目前还难以建立起可以进行分析计算的数学模型，也不易在试验中同时考虑上述三种因素的互相影响。

为此，根据水电站所积累的典型经验，可将引起机组振动的原因划分为机械、水力、电气三方面。

1.1 机械因素由于制造、安装等因素引起的机械不平衡力主要有：（1）主轴弯曲或有挠度；（2）发电机转子与水轮机转轮动、静不平衡；（3）导轴承间隙调整不当；（4）推力轴承调整不良；（5）机组中心不正；（6）转动部分和固定部分不同心，产生摩擦或碰撞；（7）支持系统刚度不够。

水轮发电机的振动分析与处理摘要：随着水轮发电机组单机容量和结构尺寸的增大趋势，要重点关注和分析水轮发电机的振动机理，进行水轮发电机组主要部件的振动特性分析，并将振动分析应用于水轮发电机振动问题的故障诊断，提高水轮发电机组运行的稳定可靠性，减轻和规避振动故障对水轮发电机组的危害性影响。

关键词：水轮发电机；振动；分析；故障诊断；处理水轮发电机组由发电机和水轮机构成，其转动部件通过轴承、机架和钢筋混凝土结构进行支撑，在水力、机械、电磁等方面因素的耦合关联作用下，形成极其复杂的水轮发电机组振动问题，如：水轮发电机组零件紧固部分松动或脱落而引发转动部件不平衡的机组振动现象；零件和焊缝应力疲劳区内部裂纹或断裂的问题；大轴剧烈摆动导致轴瓦温度升高而出现烧瓦的现象等，尤其以激振源频率与机组部件固有频率相近而诱发的共振危害最为突出。

为此，要加强水轮发电机的振动分析，进行水轮发电机组的振动故障治理。

一、水轮发电机组部件模态分析首先要研究水轮发电机组主要部件的自振特性，进行水轮发电机组主要部件的模态分析，计算获悉主要部件固有频率和对应的振型，优化水轮发电机组振动的故障诊断和分析，避免水轮发电机组因共振而引发的剧烈振动。

1、发电机上机架模态分析机架是水轮发电机的重要结构件，采用中心体和支臂的钢板焊接结构，支臂主要设计为工字梁结构，当中心体外端尺寸在4m以内时采用中心体与支臂焊为一体的结构；当机架支臂外端尺寸在4m以外时采用可拆卸的臂架方法。

根据不同的支臂型式，水轮发电机机架有不同的类型，即：辐射型、井字型、桥型。

以某水电站机组的上机架为例进行振动特性分析，采用添加约束方程的方法进行参数化分析，并运用APDL语言编制自动生成网格程序，避免建模过程中的大量重复工作，便于水轮发电机上机架的振动特性分析。

通过对上机架的模态计算和分析，获悉上机架前20阶的固有频率，发现相邻两阶固有频率值相对接近，而后几阶的固有频率值变幅偏大，这主要是上机架的轴对称结构所导致的。

水轮发电机组振动原因和处理措施分析水轮发电机组振动会让水轮发电机组正常运行产生问题，会让水轮机组出现故障。

本文首先对水轮发电机组振动带来危害作出简要阐述，然后对水轮发电机组振动原因进行分析，之后结合笔者在新庄水电站工作的实际情况，提出几点水轮发电机组振动处理措施，希望可以对业内起到一定参考作用。

标签：水轮发电机组;振动原因;处理措施前言：在水电站中，水轮发电机组的安全运行可以保证水电站经济效益，如果水轮发电机组因为振动出现故障情况，那么就会对水轮发电机组运行平稳性与发电效益造成不利影响。

水力原因、机械原因与电气原因均有可能导致水轮发电机组出现振动情况，进而产生运行故障。

一、水轮发电机组振动带来危害在水电站中，水轮机占有核心地位，水轮机组可以转化水势能为机械能，在水电厂中，水轮发电机组的安全运行可以保证其供电安全性、供电优质性和供电经济性，这和电网运行的稳定性、安全性具有直接关系，这对于水电厂的社会效益与经济效益具有决定作用。

在水轮机组的运行中，水力原因、机械原因与电气原因均会造成水轮发电机组振动情况，据统计，现阶段，水轮发电机组大约有80%事故与故障和振动有关。

水轮发电机振动会带来五点主要危害：（1）會让机组零部件出现疲劳损坏区，该区主要出现在金属和焊缝之间，长期运行会让损害程度加重，可能会有裂缝出现，导致机组报废;（2）发电机组部分紧固部件会出现松动甚至断裂情况，会让连接部件出现振动情况，减少其使用寿命;（3）水轮发电机振动会让机组旋转部分磨损程度加剧;（4）水轮机组共振会对厂房以及多种设备造成影响;（5）水轮机组振动会让尾水管中形成涡流脉动压力，此压力可能会让水管壁开裂，可能会对尾水设备正常使用造成影响。

二、水轮发电机组振动原因（一）水力原因在水力方面，水轮发电机组振动的主要原因是水轮机会受到动力水压的干扰，这种水力原因往往是具有较大随机性、很难进行控制的。

如果水轮机处于非设计环境工作，或是处于过度运行状态，那么由于不理想水流状况，机组部分组件会产生振动加速，出现断裂情况。

水轮发电机组异常振动的原因分析及应对措施摘要：水轮发电机组运行中出现异常振动是不可避免的，掌握引起机组异常振动的振源的类型、特征、危害以及振动规律等，对机组不同的异常振动进行分析、判断，迅速、准确地消除引起机组异常振动的振源或采取有效措施减小振动，确保机组安全、稳定、可靠、经济运行。

本文主要对水轮发电机组的剧烈振动原因及应对措施进行了探讨。

关键词：振动原理异常振动原因分析应对措施1 水轮发电机组振动原理在机组运转的状态下，在水轮机作为其原动力的前提下，水能的作用能够直接有效激发水轮发电机组振动，还能够间接维持机组振动。

流体、机械、电磁三者是相互影响相互作用的，由于气隙在不对称的状态下，由于发电机定子与转子之间的磁拉力不平衡的情况，当流体激起机组转动部分振动时会造成机组转动部分的振动，而发电机的磁场和水轮机的水流流场也会受到转动部分的运动状态的影响。

2 水轮发电机组异常振动的危害旋转机械的振动是难以避免的，如果可以把振幅控制在允许范围之内，就可以保证机组安全、正常的运行，但是如果是剧烈的振动，必然会不利于机组的安全运行，其主要表现为：机组的各个连接部件出现松动，所有静止部件和转动部件之间产生摩擦甚至是扫膛而损坏；导致零部件和焊缝疲劳，形成裂缝甚至出现断裂；尾水管低频压力脉动可使尾水管壁出现裂缝，当发电机或电力系统固有频率与其频率一致的时候，会发生共振，造成机组出现剧烈振动，有可能会导致发电机组从电力系统中解列，甚至会损坏厂房和水工建筑物。

3 水轮发电机组常见异常振动的原因分析及应对措施3.1 机械因素造成的剧烈振动的原因及应对措施机械因素引起的振动是指由机械部位摩擦力和惯性力以及其他力造成的振动，其特征是振动频率相当于机组旋转频率或是机组转动频率的几倍。

引起振动的机械因素主要是导轴承缺陷、机组轴线不正、转子质量不平衡等。

（1）振动的原因分析1）转子质量不平衡：因为转子质量的不平衡，转子的中心会对轴心产生偏心距，当轴以角速度开始旋转的时候，因为失衡质量受到离心惯性力的影响，在轴上出现弓状回旋，此类的振动也被称为振摆。