水轮发电机组在实际运行中的振动及处理

兰 富

(四川省水利电力工程局，四川资阳 641300)

1 概述

机组运行的稳定性是水轮发电机组工作性能的重要指标，在实际运行中出现的不稳定性是机组设计、制造、安装、运行和检修中需要解决的、非常突出的问题之一。

影响机组稳定性的原因主要有以下几个方面:机组工作水头和出力;水压脉动，水流周期性冲击;机组支承部分的振动;转动部分的振摆;调速系统的振荡;电磁振动;机组内部不正常声响等。

水轮发电机组的振动是非常有害的现象，它会降低机组的供电质量，威胁机组的安全运行及使用寿命，恶化电厂的工作环境;更为严重的是振动可使焊缝开裂、零部件疲劳断裂飞出。但是，水轮发电机组运行中出现的这种振动又不可避免。每座水电站的水轮发电机组运行的工况均受到电网、水文、气候、制造、安装和时间等许多因素的影响，故只能在一定的技术条件下将振动尽量地减小，并将其控制在一定的允许范围内，以保证机组运行的长期稳定性。笔者针对一个新安装的电站机组在实际运行中发生振动中的一些特殊现象就其原因进行了分析，介绍了处理的全过程。

2 振动现象的发生

某电站的一台新安装机组为立式混流金属蜗壳，其技术参数为:

额定水头 67.5 m; 额定功率 16 MW;

流 量 26.5 m3/s;额定电流 1 035 A;

额定转数 375 r/min;额定电压 10 500 V。

该机组在安装调试时各参数均控制在国家规范内，空载运行及带负荷运行均正常。当定子三相电流不平衡频繁出现时，发电机发出了异常的尖鸣声和激烈的振动现象，而且该现象持续时间要占整个运行时间的一半以上。运行将近3个月后，出现了下机架基础松动、下导轴瓦烧伤、整机的振摆严重超标等问题(表1)。

表1 机组额定空载运行振摆数据实测表 单位:μm

3 振动产生的原因分析

笔者根据多年的实际经验进行分析后认为其产生的原因主要有两个方面:

(1)因为该电站的用户是铁路机车，而铁路机车的最大特点是单相用电，故电网负荷严重不平衡使电机处于不对称运行工况(据运行记录:某单相电流最大时可达1 300 A，三相电流相差最大可达到600 A;而同步发电机的不对称运行范围要求每相电流不超过额定值，负序分量不超过额定电流的8% ～10%)，其在发电机定子电流中产生了较大的负序电流，该负序电流会引起两种不良后果:①它将产生与转子转向相反的旋转磁场，在转子铁芯和绕组中感应两倍频率的电动势及相应的电流，从而引起附加铁损耗和铜损耗，使转子过热，进而影响零部件的物理、化学和力学性能;②负序磁场与励磁磁场间有2 ne(ne为额定转速)的相对速度，会引起100 Hz的交变电磁转矩，它将同时作用在转轴和定子铁芯上而引起100 Hz的振动，严重时将造成电机结构损坏。发电机在不对称系统中运行时，如该电机的任何一相电流均不超过额定值，且负序分量与额定电流之比最大不超过12%时则其可以长期运行;若该电机在超过以上允许的范围运行时可以明显地观察到:发电机的噪音是尖鸣声，振动的双振幅值增大，所测值超过允许值，而且该机组在不对称的系统中运行几乎要占整个运行时间的一半以上。

(2)在机组运行过程中，电磁振动和其他振动的相位叠加超出了机组的承受能力，从而使机组轴线产生了折线，如下导滑转子变形等(因下导滑转子是热套在转子大轴上的，在转子振动积聚加大的情况下，造成了下导滑转子移位变形与大轴不同心的现象，这一点可以从下导滑转子与大轴法兰的盘车摆度不成等比例增大看出)，导致出现上述结果。

4 处理方法

(1)经过笔者与电站相关方面的技术人员共同会诊后，决定凿除该机组下机架已松动的基础混凝土，重新校正下机架中心、水平并浇筑基础混凝土;在混凝土养护期间着手拆机检修的准备工作。另外，盘车时需要在发电机大轴法兰与水轮机大轴法兰间加厚度为0.35 mm铜垫以满足各道轴承摆度值的要求。

在完成以上工作后开机运转，经测试，在空转、空载、带负荷等正常工况下的振动参数均符合国家现行安装技术规范要求，在14～16 MW出力区间，机组运行的各振摆参数均在国家规范之内，水轮发电机振动(双幅)允许限值见表2。

(2)为保证该电站机组运行的稳定性，对该机组做了动平衡试验。经过专业试验人员对该机组进行动平衡试验，最终在转子下端面配了23.8 kg的重量，减小了因机组转动不平衡引起的振动。

(3)在处理过程中，笔者向建设方建议，对电网的三相负荷进行调整。建设方调整了电站上网的方式，从而使三相电流不平衡出现的频率降低，最大值也从1 300 A降至850 A左右;机组电流的变化情况:单相最高在850 A时，其他一相为620 A左右，基本符合发电机在不对称系统中运行的要求:如该电机的任何一相电流均不超过额定值，且负序分量与额定电流之比最大不超过12%时，即可以长期运行。

表2 水轮发电机振动(双幅)允许限值表 单位:mm

经过重新盘车、改善电网和动平衡试验后，该机组的运行情况良好。从表3中可以看出机组的振摆在配重后不同工况时的具体数据。

表3 机组在配重后空载运行时振摆数据表 单位:μm

5 结语

水轮发电机组的振动受电网、水文、气候、制造、安装和运行工况等许多因素影响，既使是同一电厂不同机组的振动情况都会不一样。笔者在此仅作初步探讨，供同行参考。在实际运行过程中遇到不同的机组振动情况时，要认真的加以分析研究，科学、全面的探讨现象内在的主要原因，才能制定出相对准确、快捷的、解决问题的方案。

［1］水轮发电机机组安装技术规范，GB/T8564—2003［S］.

［2］谢 明，张广溢，主编.电机学［M］.重庆:重庆大学出版社，2004.

［3］刘 云，编著.水轮发电机故障处理与检修［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.

［4］王 海，著.水轮发电机组状态检修技术［M］.北京:中国电力出版社，2004.