海南中南标质量科学研究院 海南海口 571152
摘要：近年来，在水利工程中，水轮发电机组的应用越来越广泛。水轮发电机组中的机电设备运行过程中会出现不同类型的震动情况，若振动幅值长时间的超过水轮发电机组的工作允许范围，将对机组零部件造成疲劳损坏，从而导致机组维护周期的缩短和整个机组允许效率的下降。对水轮发电机组异常问题的及时稳妥处理是确保机电设备的稳定运行的重要条件。通过对水轮发电机组运行过程中存在问题及异常原因进行分析，并结合运行实践经验和研究资料提出切实可行的解决策略。
关键词：机械电气；水轮发电机组；振动异常；原因分析；水利工程
1引言
我国水利发电站建设事业的不断发展，虽然为我国水轮发电机组的安装积累了丰富的实践经验，但是，就目前来说，水轮发电机组在实际安装过程中仍然存在着很多急需解决的问题。由于水轮发电机组具有使用范围广泛的特点，因此，工作人员必须充分重视水轮发电机组安装的过程，才能在有效提升设备安装质量的基础上，提高水轮发电机组运行的安全性与稳定性。
2水轮机发电机的振动机理
结合工作经验来看，水轮机发电机组产生振动的振源主要体现在水力、机械以及电气方面，而这三个方面相互作用，相互影响，造成了较为复杂的水轮机发电机振动问题。因此，在对水轮机发电机振动问题进行分析时，需要首先对机组振动现象进行分析，并基于分析结果确定造成机组振动的原因，针对性地提出解决措施。一般而言，水轮机发电机组振动源会在一定条件下互相影响，形成一个复杂的情况，且不同振动源于振动因素所造成的机组振动问题程度是各不相同的。因此，对水轮机发电机组振动问题进行分析与诊断具有重要实用意义。2水轮机发电机的振动原因①定子刚度不足，受外力作用形变较大；②转子不圆度切割磁场的电磁力直接作用在定子和铁心上，传递到定子机座产生自激振动；③水轮机尾水压力脉动通过轴系和连接构件传递的振动；④其他机械摩擦等产生振动．运行单位、厂家等通过对不同工况下定子振动数据进行认真分析和探讨，一致认为因尾水压力脉动传递的振动、定子刚度不足导致的振动可能性较小，重点从转子刚度和圆度方面研究、处理。
3水轮机发电机的振动处理与解决措施
3.1做好安装前的各项准备工作
安装人员在安装水轮发电机组前，必须全面地了解水轮发电机组安装的标准、要求以及相关内容，并以此为基础制定科学合理的安装施工计划。并在确定安装方案的可行性、适应性、安全防护措施、进度计划、材料供应等各个环节准确无误的情况下，送监理部门进行审核。在安装计划审核过程中，安装单位还应做好安装技术、事故图纸、规程方案以及技术指导书等各方面的准备工作，为后续水轮发电机组安装的顺利进行做好充分的准备。
3.2发电机组振动故障的处理方案
（1）电磁因素引起振动的处理。在实际应用中，按照转子磁极极键的实际情况，转子圆度合格后能够将磁极键去除，并在其上端添加以挡板，将磁极键固定的原因是为了避免机组在运行的过程中导致其出现偏移。将磁极修复完成后，应及时复测转子圆度，测定其圆度是否依然满足设计要求。在日常的维护工作中，应定期对定子铁芯进行检查，确保固定牢靠。（2）机械因素引起振动的处理。确保机组精密度与同心度是降低机械因素引起机组振动的主要措施，具体而言主要是通过改变瓦轴间隙、优化机组轴线以及机组平衡的相对改动等。例如，在实践中，作者对某水轮机发电机组进行维护时发现其振动幅度较大，振动幅度高达0.15mm。通过对机组定子、转子磁极、连接螺丝等的分析结合振动测试，判定机组为机械因素引起的振动，进一步分析后得知，机组导轴承间隙为0.45mm，超过标准0.25mm，故在对轴承间隙进行调整后，再次启动机组，振幅降低至0.04mm，消除了水轮机发电机组振动问题。
（3）水力因素引起振动的处理。对于汽蚀原因造成的机组振动，能够通过在机组尾部流通管入口处加装导流瓦对转轮机进行修正进而解决机组的处理问题。同时，机组运行的过程中，应尽可能避免在低压负荷区工作。对于尾水管涡带引起的振动，则可以通过在低负荷区内补充足够气量来减少尾水管的压力脉动振幅。（4）其他因素引起振动的处理。空化诱发振动是水轮机空化工况下发生的，水轮机转轮出现空蚀问题后会产生较为明显的振动与噪音，在机组超负荷运行是机组振动问题更加明显。所以在实践中，通常是通过提升卡门涡流的频率来避免机组共振问题的产生。
3.3振动分析流程
根据状态检测收集的数据综合诊断和评价水轮发电机组振动故障，通过预测和分析机组可能发生的振动故障，准确判断已存在的振动问题。结合工程实践经验，归纳、总结了水轮发电机组振动原因分析的基本流程：（1）绘制停机状态、不同振动情况下的级联图；（2）筛选处理不同负荷稳态条件下的数据，绘制因负荷改变形成的瀑布图，并对此瀑布图审核确定最明显的振动成分；（3）对发生振动的原因运用振动成因分析法确定，对转频情况作深入分析，绘制轴弯曲定量和质量不平衡线；（4）根据分析结果提出切实可行的解决方案。
3.4斜立筋结构机组
斜立筋结构机组径向刚度的减小，以及刚度的动态变化，在机组稳定性差时，会引起较大的振幅变化。刚度的变化主要是由于气隙的变化、转子圆度变化、定子圆度的变化、系统振动的变化和作用力的变化。这样会使得，在一定的振动范围内，斜立筋结构的优势能够发挥出来，但在一定的阈值以外，从理论和目前的现场运行经验统计来看，稳定性一旦变差，机组稳定性变差的速率要比传统径向结构机组的速率要快。
4水轮发电机组状态监测技术的发展前景
近年来，随着科学技术的快速发展，我国水轮发电机组状态监测技术获得了显著的发展成就，监测技术得到了很好的发展，监测技术的系统性得到了显著增强，实际应用效果向着越来越好的方向发展。在“互联网+”、大数据技术和人工智能等先进技术的支持下，水轮发电机组状态监测技术会更加智能和可靠，未来，水轮发电机组状态监测技术必将以互联网技术为基础，向着智能化、集成化和系统化的方向不断迈进。比如哈电集团电机公司承担的国家支撑计划课题“基于物联网技术的发电设备全生命周期服务支持系统”，以三峡、向家坝和溪洛渡为依托，机组应用互联网、物联网和大数据技术，实现了机组的在线状态监测，项目顺利地通过了国家科技部的验收，并于2016年6月获得了工信部授予的智能制造试点示范（发电设备远程运维服务）称号，后续在丰满电站、丰宁抽水蓄能电站等多个项目上实现了应用和推广。
结语
总之，日常工作强度较大且经常处在潮湿工作环境中的水利工程机电设备，很容易遭受磨损、腐蚀等问题，应引起工作人员的重视。机组检修人员在日常的维护中应根据自身工作经验结合机组运行理论，深入分析水轮机发电机组的振动原因，提出针对性的振动解决措施。此外，在对机组进行日常维护的过程中，应对机组进行全面的检查，确保水轮机组的安全精度与质量满足标准，提升机组运行稳定性。
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