摘要：近年来随着我国科学技术的不断发展，使得水轮发电技术也得到了迅速的发展。但是在应用灯泡贯流式水轮发电机组进行电力生产的过程中，其会受到各种外界因素的影响，并容易产生机组振动等情况，从而直接影响到该水轮发电机组的运行稳定性，严重情况下甚至会导致安全事故的发生。本文主要就影响灯泡贯流式水轮发电机机组运行稳定性的主要原因以及影响因素进行了分析研究。
关键词：灯泡贯流式；水轮发电机组；稳定性
在水电厂的日常运行过程中，其管理目标除了追求发电量的最大化之外，还需要确保机组的运行稳定性，只有这样才能够促使该机组工作的安全性以及稳定性，并为该水电厂带来良好的经济效益与社会效益。但是在灯泡贯流式水轮发电机组的运行过程中经常会出现振动等不良情况，并会直接影响到电能生产的安全性，这也就需要对造成水轮发电机组运行不稳定的原因进行深入的研究，并在此基础上采取针对性的措施来解决这些不稳定因素，从而确保整个水电站的运行稳定性与安全性。
一、导致水轮发电机组出现运行不稳定状况的原因简析
就机组振动的稳定性问题进行研究时，其需要对水轮发电机组在运行过程中的水压、功率等变化情况进行分析，并借此来判断出导致机组产生振动的原因。现阶段使水电机组产生振动的原因主要有机械、电气与水力三个方面，具体情况如下。
（一）机械振动
在发电机组的运行过程中，其也可能因为机械等原因产生的干扰力，导致机组出现运行振动这一情况，造成这一情况产生的原因主要有以下几种。①机组轴线不正或者对中不良：主要包含有转轴弯曲、偏心以及轴线曲折等问题。②转动部件质量不平衡：机组的转动部件质量不平衡也是影响其运行稳定性的一个重要因素，其主要能够分为静态不平衡以及动态不平衡两大类，其中静态不平衡指的是机组的转动部件在静态情况下因为其重心已经偏离了旋转重心，并直接导致了质量偏心这一情况的发生。而动态不平衡则主要指的是机组在具体旋转过程中因质量偏心而导致了离心力不平衡，并会直接影响到整个机组的运行稳定性。就频谱图进行分析，能够看出不平衡力是导致发电机组运行过程中出现频率与幅度变化的重要因素。③导轴承载缺陷：在发电机组的运行过程中，如果存在有导轴承轴设计不当或者调整不当的情况时，其就会产生运行不稳的情况，使得一些零部件出现松动情况，严重情况下甚至还可能出现油膜涡动或者振荡现象，并使得机组振动瞬间急剧增大，造成转轴发生抖动这一现象。
（二）电磁振动
由于机组电磁原因而导致的运行不稳定情况也被称作是电磁振动，在水电机组的运行过程中，出现电磁振动的原因主要有以下几种：①转子不圆，其旋转重心无法与几何重心保持一致。②磁拉力不平衡：在水电机组的运行过程中，如果出现了定子与转子间隙不均衡或者转子线圈短路的情况时，就会因为气隙不均匀而导致不平衡磁拉力的产生，使得机组出现振动情况，其振动幅度也会随着励磁电流的增加而不断增加。③定子绕组固定程度不足时，其在比较高的电磁负荷下会使得机组直接出现振动情况。④当定子铁芯中的矽钢片存在有松动或者压紧不足的情况时，也会导致机组出现一定程度的振动情况。
（三）水力振动
在水轮发电机组运行过程中，如果出现了过流部件中流场速度分布不均匀的情况，也就容易产生压力脉动，并引起该水电机组出现振动情况。
①动静干涉：转动部件与静止部件两者间存在的相互干扰作用也被称作是动静干涉，此外因为受到叶片数的限制，也就导致水轮机的内部流场呈现出周期性。因此在导叶的影响下，就会使得转轮叶片的进口速度呈现为周期变化。在每一个转轮叶片经过时，其会直接影响到活动导叶的压力变化，从而使得导叶出现振动等情况。此外转轮叶片对于静止部件所产生作用力的频率等于转频与转轮叶片数两者的成绩。
②尾水管涡带：尾水管涡带形成的基本条件在于水轮机转轮的出口水流具备有一定的圆周分速度，并可以直接在尾水管中形成一个涡，当该涡里面的中心压力低于气化压力的时候，就会直接形成一个充满水蒸气的空腔，并会产生作用于尾水管的交变作用力，从而直接引起机组出现振动情况。
③狭缝射流：在灯泡贯流式水轮机之中，因此转轮叶片的压力面以及吸力面两者存在有较大的压力差，这也就使得在桨叶边缘与转轮室两者之间的狭窄缝隙中直接出现一股射流，在该转轮的旋转运行过程中，其在转轮室壁的某一部分叶片到达瞬间间隙最小、压低最低，并会在叶片离去之后呈现出高压的状态，其也会直接给予转轮室壁造成周期性的压力脉动，并引发一定程度的振动情况。
二、灯泡贯流式水轮发电机的稳定性研究
通过对水轮机组的运行稳定性进行分析，并实现定转子空气间隙的实时监测，就可以联合计算机监控系统的监测信息这一基础上，对水电机组发生故障的本质原因进行合理的分析。
（一）水轮发电机组的稳定性试验内容
（1）尾水管的压力脉动
尾水管的压力脉动测点如图1所示，其测点位置一般位于尾水管内部距离转轮出口0.4倍直径位置。在进行压力脉动的测试过程中要求其在工作水头8m处进行，并进行导叶开度的逐渐增加，将桨叶开度设置为自动协联的方式。采样间隔设置为0.0017s，总采样时间28.1224s。
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图1：尾水管压力脉动测点
（2）轴系的摆动与摆度分析
①对轴系振摆测点进行分析，其振动与摆度的测点情况如图2所示：
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图2：振动与摆度测点图
②测试方法：首先对导轴承颈分别+X摆度与+Y摆度；然后依次对组合轴承颈、水导轴承颈、发导轴承+X摆度与+Y摆度，对灯泡体跟转轮室+X水平振动，+Y水平振动，沿轴系水平进行振动，对其振动结果进行测试研究，并需要将测试的数据与该机组的振动与摆度进行对比分析，然后在此基础上进行振动与摆度超标位置的合理制定，从而分析造成这一振动情况出现的原因。
（3）主轴弯曲
主轴弯曲主要是通过对静态状况下主轴的弯曲状态进行观察的方式来对其运行状态进行判断，在进行主轴弯曲程度的试验过程中，其需要对发导轴承、组合轴承以及水导轴承的轨迹来进行合理的观测，然后在此基础上对他们的弯曲度以及弯曲相位度进行有效的测量，再根据距离的测量结果来判断该主轴的弯曲情况是否处于正常状态。在具体的测试时还需要该水轮发电机组在极低的转速下来进行，这一情况下导叶开度与桨叶角度比较小，并不容易受到质量不平衡因素的影响，在该状态下测得的数值也能够直接作为静态弯曲情况。
（4）主轴盘车
当水轮发电机组经过了初始的安检或者检修之后，在机组重新转动时借助于主轴盘车的检测，其能够对主轴中心线的水平程度以及法兰加垫情况进行有效的判断，并能够直接监测到发导盘车、最大双幅值等监测值，通过与正常盘车进行对比的模式，也能够直接判定该主轴盘车是否处于正常状态。
（5）导轴承瓦间隙
通过进行定机组转速的模式来完成相应的轴承座并未基准，然后顺着转轴轴线放线将一个垂直于轴线的平面作为坐标平面进行使用，测试该轴心随着时间变化而在该坐标平面上面所留下来的运行轨迹，并将这些运行轨迹所形成的曲线绘制成一个二维图形，这样也就能够得到该机组运行过程中所产生的轴心轨迹。通过对该轴心轨迹的形状进行判断，其能够得出转轴在旋转过程中与各个轴承瓦之间的间隙情况。在具体的试验过程中，在转轴旋转了32周的情况下，来对所有轴承的轴心轨迹进行检测，并与正常的运行范围进行对比在分析，这样也就能够对各导轴承瓦之间的间隙情况进行有效的判断。
（6）机组质量不平衡
为了对机组质量的平衡情况进行有效的判断，相关检测人员就可以通过升高机组转速这一模式来进行。机组在运行过程中一旦出现了质量不平衡的情况，其就会导致机组轴系的摆度随着转速降低而不断减少。在具体的试验过程中，其可以选取98%额定转速与28%额定转速这两个代表意义不同的转速来进行试验，并对其所对应的主轴空间轴线图进行合理的监测，对各自转速下的轴承X方向与Y方向振动进行检测，然后就两个转速下的记录值进行对比分析，比较两者的测试对象值是否存在较大的变化值。如果变化值较大证明该机组存在有质量不平衡的情况，并且会对该机组的振摆情况造成比较大的影响；如果变化值比较小则证明了该机组的质量不平衡状态不突出，并不会对机组振摆造成过大的影响。
（7）磁拉力不平衡
在进行机组磁拉力不平衡的评定过程中，可以通过该机组在起、停机过程中其导轴承摆度与轴承座水平振动幅度的具体变化情况进行分析这一方式来进行，并能够借此来判定该不平衡磁拉力对于机组振动情况和摆度情况的影响程度。在具体的试验过程中，需要先将转速选定为额定的转速，然后就无励磁和有励磁两种工况下，对其径向轴承X、Y向的振动情况、振动摆度、摆度间隙等信息进行记录，通过统计数值的对比处理，也就能够对其变化范围的大小进行判定，如果出现了变化范围比较大的情况，则证明该磁拉力不平衡状态会对发导振摆造成非常大的影响，并不符合相应的设计标准，反之则证明该磁拉力不平衡对于发导振摆影响程度比较小，并且能够充分满足该水电机组的运行需求。
（8）机组电气参数
对机组电力参数进行合理的评价时，就要求在该机组并网运行的过程中对其运行工况进行适当的转变，首先需要将机组的负荷从5.5MW降低到2.3MW，然后将该负荷直接降低到1.5MW，对这三种机组负荷下的电气参数变化情况进行观察与分析，如果该电气参数变化值比较大，则证明该发电机存在有异常状态，并需要进行及时的检修处理，反之则证明电力参数的变化情况仅仅是因为该水电机组的负荷变化所引起的，水电机组运行正常。
（9）发电机空气间隙
选择机组连续最大负荷运行了10个小时之后的工况进行研究，将发电机的气隙圆图进行分析，然后得出各个空气间隙的均值以及偏差值，将这些偏差值与设计图纸中的气隙进行对比分析，来判断该发电机组的空气间隙是否处于正常的运行状态。
（10）转子不圆度
在具体的开机过程中，其输出开机过程转子不圆度变化趋势图，在该趋势图之中需要对转子不圆度、平均气隙以及有功功率等随着开机时间推移的变化曲线图进行明确的标出。此外机组在正常工况下进行运转的过程中，其还需要对转子不圆度随着时间的变化情况进行详细的观测，并需要对开机过程中转子不圆度的变化趋势进行综合性的考虑，只有这样才能够判断出该转子不圆度是否合理。
（11）转子磁极伸长影响因素
发电机的转子磁极伸长主要会受到离心力以及磁拉力两个因素的影响，这就需要通过进行工况变换的方式就离心力与磁拉力所造成的转子磁极伸长量进行计算，并就这两个影响因素所产生的平均伸长量进行计算，从而得出各个影响因素所占据的比例情况。借助于升高机组转速的方式能够判断出离心力对于磁极伸长情况的影响程度，并需要测出伸长最大的10个磁极，并在此基础上就离心力对转子磁极伸长量的合理判断。通过投入励磁的方式能够就磁拉力对于转子磁极伸长量的情况进行分析，对伸长最大的10个磁极进行判断，然后就这些数值的基础上来判断磁拉力对于磁极伸长量的合理判断。
（12）转子磁极弹性与伸缩性
就转子磁极弹性与伸缩性的良好程度进行合理的判断，其能够通过对比相邻二次开机过程平均气隙值的方式，来就平均气隙值的变化程度进行查看，如果出现了变化比较大的情况，其也就说明了转子磁极弹性与伸缩性能不足，并难以满足该发电机组的实际发展需求，反之则证明该转子具备有良好的磁极弹性以及伸缩性能。
结束语：
水电站在发电过程中一旦出现运行不稳定的情况，也就容易导致一些安全事故的发生，并会造成严重的社会负面影响。这也就要求水电厂在日常的生产过程中，能够充分重视到机组运行的稳定性，要求相关管理人员能够清楚的掌握水轮发电机组运行不稳定的各种原因，并采用科学有效的方法来对这些不稳定因素进行解决，从而确保该水电厂的运行稳定性与安全性。本文首先就水轮发电机组出现运行不稳定运行状况进行了简要阐述，并在此基础上对灯泡贯流式水轮发电机的稳定性进行了研究，希望能够为我国水轮发电机组的正常运行提供一些理论上的帮助。
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