（湖南五凌电力工程有限公司 湖南长沙 410000）
摘要：为了满足人们日常生产、生活的需要，化石能源发挥着重要作用，但是由于化石能源的不可再生性，在一定程度上促进了对风能、水能的开发，并且逐渐成为电力资源的重要开发途径，凭借资源的可再生性、清洁性、运行成本低廉等优势，水电行业迅速发展。水轮发电机组作为水电厂重要的转换能量装置，机组的稳定性直接影响着水电厂的正常运行。因此，对水轮发电机组不平衡力进行检测、分析，具有重要意义，并采取相应措施对其进行降低。
关键词：故障检修；水力发电；动不平衡
引言：水轮发电机组是将水轮机的机械能转换成发电机的电能的转换装置，势必受到来自水轮机的水力不平衡和发电机的电磁不平衡，再加上由于安装和制造工艺水平的参差不齐，故又受到机械不平衡力的影响。电磁、水力及机械三种不平衡的相互影响。当三种力中任意两种的力的夹角小于90度时，有相互增加的作用，当三种力中任意两种的夹角大于90度时，有相互减弱的作用。机组在运行过程中三者之间的不平衡使得机组产生振动，当振动值超出一定范围后，会劣化运行效果，危害机组安全。
1检测水轮发电机组的意义
1.1确保水电厂正常运行
随着社会的不断发展，人类对能源的需求日益增大。当下，电力发展已经进入自动化、智能化、高电压的发展阶段，水电厂具有其独特的天然优势，除为社会提供电力资源外，还承担电网调峰、调频的功能。在水电厂内部，水轮发电机组作为一种重要的电能转换装置，保障水轮发电机组的可靠性，具有重要的社会意义。
1.2排除安全隐患
随着科技的发展，和对电力市场需求的不断增大，水轮发电机组的装机容量越来越大，这对水轮发电机的安全运行提出了更高的要求，同时对安装检测技术水平带来了新的挑战，只有准确的找出问题所在，才能有针对性的排除隐患、解决问题。当前条件下，对水轮发电机的日常巡视维护加上各种振动摆度在线监测系统等手段，能有效的在第一时间发现机组的安全隐患，根据隐患特征，制定相应的解决方案，避免不安全事件的发生，保障人民的正常用电需求，保护国家和人民的财产。
1.3积累发电机组故障检修经验
在我国，随着用电需求缺口的不断增大，和对环保提出的要求，使得洁净能源被迅速开发利用，水力发电搭着这阵春风，迅猛发展。在装机量迅速增多的同时，水轮发电机组的故障频率也跟着上升。我国地质、气候、水文环境丰富多彩，为我国积累的丰富的机组故障处理经验。对水轮发电机组有计划的检修，并对其进行日常维护，在检修、维护中，积累的水轮发电机组宝贵经验，为研发更高质量、更高标准的水轮发电机组提供了技术参考和实践经验。
2不平衡力的产生原因
2.1机械不平衡力
水轮发电机组从设计、到制造、到安装、到正常运行，是一个庞大且精密的过程，引起机械不平衡牵涉到的原因很广，最主要还是靠加工精度和安装精度等来保证。设备加工厂引进先进的加工设备和加工工艺，制造出高标准的机组部件。再到安装时严控安装精度，包括转子配重、镜板水平、轴线合格、导轴承间隙均匀等，各项指标都达到优良。才能避免机械不平衡力的产生。
2.2电磁不平衡力
由电气方面产生的不平衡力，主要来源于电磁力，特征为发电机轴承振幅变大时，振幅与发电机转子的励磁电流成正比。励磁绕组匝间短路以及伴随的动偏心都能引起发电机电磁场的不平衡分布进而使转子受到不平衡电磁力。因空气间隙不均匀，使转子和定子不同心产生的振动相比其定子的振幅较大。
2.3水力不平衡力
水轮发电机组通过水力进行发电，水流在流道（压力钢管、蜗壳、尾水管）内不规则的运动和由于位置的急速变化，产生巨大的动能和势能，从而推动水轮机做功。当水流经过导叶后，成角度流向水轮机叶片，水轮机由于运动，产生相对机组中心的不对称和不平衡力，使得机组产生机械振动，随着负荷的增加，振动表现的越明显。
水轮机组水力因素引起的水力不平衡是最复杂的一种平衡力，水力不平衡力产生的原因是：过流部件中所流过的水流对机组转轮中心分布不均匀、不对称，即流量沿圆周分布不均匀，其主要表现是机组的振摆幅值于机组流量呈线性关系。
3电磁、水力及机械三者不平衡的影响
水轮发机组动不平衡产生主要来自机械不平衡、电磁不平衡和水力不平衡，三种不平衡力之间，既可以相互增加，也可相互抵消。在正常的运行过程中，只要机组各部位的振动摆度在合理的范围之内，并不会对机组产生很大的危害。
当水轮发电机组开机时，机组首先受到来自水流的水力不平衡力。当水流增大，机组转速开始上升，从而开始受到机组旋转产生的机械不平衡力，此时机组的振动幅值稍微偏大。当投入励磁，使转子建立磁场后，由于电磁力的介入，三种不平衡力在一定程度上相互抵消。当机组在空载以上的运行状态后，机组的振动幅值、噪音等会较空转以前明显下降。这就是三种力中任意两种的夹角大于90度时，起到了减弱的作用。当水力及电磁不平衡力不是很大时，常见的方式就是对转子进行配重，来减少其部分不平衡力。
对于水轮发电机组来说，由于各种不平衡力的存在，所以对振动、摆度的监测和分析是一项非常重要的工作，一台机组的运行状况是否良好，很直观的会从振动摆度上面反应出来。振摆值超标带来的主要危害有：
（1）导致金属部件机械疲劳，甚至产生裂纹，降低使用寿命；
（2）可能使紧固件由于振动变的松动，甚至脱落；
（3）造成瓦温升高，使油质加速老化，并且存在烧瓦的风险；
（4）与其他机组产生共振，危害发电厂房安全。
4排除水轮发电机组故障的具体措施
4.1科学监测水轮发电机组运行状态
在水轮发电机组运行过程中，通过对水轮发电机组的运行状态进行在线监测，这是及时发现水轮发电机组运行异常的有效举措，另外，需要机组运行维护工作人员对发电机组进行定期检查，检查内容主要有：
（1）轮发电机组各零部件连接装置；
（2）发电机与控制屏之间的连接线；
（3）线路绝缘层等。
同时，需要对发电机组的运行状态进行全面、综合分析，判断潜在故障情况，同时根据判断结果制定相应的措施，避免故障恶化造成不必要的经济损失。
4.2提升机组维护人员的专业能力
随着科技的发展，水电厂已经向少人值班和无人值班发展，这就对机组设备的运行维护人员提出了更高的要求。当某种先进的技术被使用，就需要对机组运行、维护、检修人员开展相应的教育和培训，提高专业知识和专业技能，不断提升专业能力。
4.3加强机组的日常维护
对机组的日常维护是确保发电机组正常安全运行的基础和重要保障。在机组运行过程中，水中的杂物会随着水流进入水轮机及各个冷却系统，对引水系统加装相应的过滤装置和对水轮发机组开展定期的清理工作，避免出现堵塞等问题，从而减少水中杂物对水轮发电机组的影响。对于维护人员来说，在巡视过程中发现水轮发电机组缺陷，分析缺陷产生的原因，并采取相应的解决措施，对避免同类型问题重复出现有积极意义。同时，润滑油作为机组的血液，油的质量关系着机组的健康状况，定期对各个油箱内的润滑油进行油质化验，也是必不可少的一项工作。
结语：在水力发电机组运行过程中，机组可能会受到某些因素的影响而出现故障。为了确保发电机组正常运行，对机组的运行数据进行收集和分析总结，能有效的判断水轮发电机工作状态，从而当机组出现某些故障时，能准确的找到解决方案。通过经验的累积可以全面掌握发电机组的损坏状态与规律，指导发电机组维修，进而在一定程度上完善机组检修技术，提高机组维修水平，降低检修成本。
参考文献：
[1]陈锡芳编著《水轮发电机结构运行监测与维修》，中国水利水电出版社，2008.
[2]巴桑.水电站水轮发电机组的常见故障与处理技术分析[J].中国新技术新产品，2018-06-10.
[3]王敏.高原混流式水轮发电机组振动原因分析与处理研究[J].中国设备工程，2019-10-10.
[4]庄明.水轮发电机组水力不平衡故障的自动化辨识及其应用研究.水力发电，2017-02-20.
作者简介：
彭晓斌（1988-），男，助理工程师，现主要从事水轮发电机组检修工作。