余陈
国电竹溪水电开发有限公司 湖北十堰 442322
摘要：在水轮发电机组的运行中，机组常常由于，诸如机械、水利、电气等原因，会使机组某些结构和零部件产生影响，从而造成一定程度的振动，这不利于水轮机组的正常运行，会在一定程度上降低机组以及零部件的使用寿命。而建立相应的机组正版在线监测系统，将会对机组的振动程度进行实时监控，并做到预警报警以及故障诊断分析。本文着重阐述基机组振摆以及在线监测系统，并对其在水电站中的应用进行机组振摆分析。
关键词:机组振摆;在线监测系统;水电站
引言：当前，我国电网规模不断扩大，水轮发电机组单机容量也在不断持续增加，并且随着科技的发展，为了满足更大规模的发电量，水电机组的设计不断功能化及结构也越来越复杂。随着我国各大水系中水电开发的增加，新开发设计的机组数量也越来越多，鸡的数量增多的同时，水电机组为了保障其安全运行也也因此被赋予了更高的要求。尤其是在：“817”俄罗斯萨扬-舒申斯克电站发生重大安全事故之后，这对我国各大中型水电站的安全运行也敲响了警钟，也让我国在水轮发电机组发展过程中更加注重于机组振摆的影响。针对这一问题，建立相应的在线监测系统，对机组振摆状况进行实时监控，对可能发生的事故时及时发现以及进行预警报警，从而降低机组机组振摆事故的发生概率，本人着重阐述实时监测系统的主要内容，并对其在水电厂中的应用进行分析。
1.机组振摆及其原因
水轮发电机组中的振动和摆度是其运行中着重关注的两个指标，在水轮发电机组，在运行过程中，有很多原因会导致机组的振动和摆动，常见的原因有电磁作用，机械以及水利等因素会造成机组正版的幅度过大，甚至超出承受范围。有时候甚至还可能会诱发机组各结构之间发生共振，进而导致一些部件振动加剧，这种现象不仅会对机组的正常运行产生严重影响，甚至还会危及整个水电站的安全。
水轮发电机组在运营中发生的振动一般会比其他机械所发生的振动更为复杂。水轮发电机组的振动的发生，不仅仅指由于机械本身振动所引起的，同时还有在在运行过程中，水轮机组过流部分的不平衡而导致的也会发生这一现象。此外，于水轮机组过流部分的水压力脉动以及水力不平衡以及发电机组电磁力不平衡也由可能会导致这一现象。总之机组在运行过程总受到在机械、水利电池这三种因素的共同作用下，水轮发电机组的振动现象也就愈加复杂。
1.1机械作用而引起的振动
由机械方面原因而引起的，震动种类有很多，下面就4种主要的原因进行叙述：
（1）由转子不平衡而引起的振动；由转子不平衡引起的振动，其特征主要为其幅值是一倍率f1=n/60的最大值，而产生转子不平衡，这是因为设计结构的不合理、在安装过程中存在较大的误差、在运行过程中受热不均匀，以及振动而引起的零部件松动等原因造成的。
（2）轴线未对齐而引起的振动；发生这一情形的最主要特征为垂直方向上的振动加大，其振频在垂直方向上会加大，其振频为f=nf1(n瓦数，f1转频)幅值的最大倍数，并且二阶转频幅值在径向振动上最大。而产生这一现象的原因，主要是由于法兰结合面与轴线不垂直、镜板的摩擦面不垂直于轴线、水轮机轴与发电机轴不在同一线上以及机组的推力头与轴间未严丝合缝等原因而造成的[1]。
（3）机组转动部件和固定不见间摩擦而引起的振动；出现这一情形时，其时域波形中会出现一个特别的波形，主要特征为没有波峰，并且轴心的运行轨迹位置出现异常。产生这一现象的最主要原因，就是由于转动部件和固定部件之间不同心，此外还有可能导致这一现象的原因机组局部存在缺陷以及转轮受水流作用不均匀等因素。
（4）机组部件发生共振而引起的振动；在机组运行过程中达到一定的转速下其振幅最大时，振速减小后，其振幅也减小，这很有可能，转动时固有的频率与转速相同而导致的共振，从而引起机组的振动。
1.2由水力方面引起的振动
（1）水电机组受水力影响引起振动，主要跟转轮叶片形状有关，受于叶片形状的影响而产生的卡门涡列振动，其特征频率为最大幅值fk=(0.18-0.20)2/δ2，其中2为出水口的相对速度，δ2为出水处厚度。
（2）在机组运行时，当水力受力不平衡时，也会引起机组相应的振动，并且随着压强而产生变化时会导致水流失去对称性，其特征为最大幅值的振频f=nz/60,其中z为转轮叶片的数量。
2.机组振摆在线监测系统
在水电机组运行过程中，机组的振摆在线监测系统会对机组主轴的摆度以及结构振动等几种运行状态参数进行采集，同时还对机组的有功、转速等机组工况参数进行特征计算，从而实现对水轮发电机组运行过程中的实时监测，尤其是对振动摆度的在线监测，从而使工作人员能够及时的掌握水电机组当前的运行状态。当水电机组振摆频率和振幅超过系统对其设定的保护定值时，机组能够实现自动停机，工作人员在这个过程中可以尽早的发现，由于机组在非安全状态下长时间运行，而引起的异常故障发生，从而避免水电机组异常故障和安全事故的事故，为水电站的持续电量输出提供保障。
根据现有资料研究发现表明，在当前世界范围内，80%的水电机组故障，可以在振动信号中体现。因此功能完善的机组振摆在线监测系统是当前实现机组安全运行的关键技术，其对机组振摆现象的实时监测可以有效的预防和避免水电机组的事故发生，因而当下振摆在线监测系统已经成为电力部门和电力系统生产和科研的焦点之一。
3.机组振摆在线监测系统在水电站的应用
3.1数据分析上的应用
数据分析是基础正版在线监测系统在水电站上的一个重要应用。突发事件分析，可以将在线监测系统上已经存储的数据经过特定算法的处理，以相应的曲线、图形、表格和文字等形式，提供给分析人员作为在线监测的参考。从而帮助工作人员及时的掌握水电机组的运行状况，对运行中的故障进行分析，在线监测系统在对水电机组运行过程中的监控中，主要区分为暂态过程和稳态过程，分别应用于水电机组在不同的运行状态下的分析。
3.2预警、报警功能上的应用
在线监测系统在水电机组运行中的应用，可以对突发事故或潜藏的事故进行及时预警。当水电气组在运行过程中有预报警情况发生时，在线监测系统，会将预报警事件以及机组运行时各种参量特征值进行记录，以及当时所发生的全部相关数据，都会汇总给工作人员以进行分析诊断使用。在线监测系统中所报警的事件可以在各电脑终端进行展示和分析，一方面工作人员的查看。并且所监测到的异常信号展现出的信号文字都会被标红变色显示，并且会在各终端显示屏上自动弹出报警事件，发出报警声音，从而提醒工作人员及时处理相应问题。
3.3网络化远程诊断上的应用
水电机组的在线建设系统在其设计之初就有一个最主要的网络化远程诊断应用，其会对水电气组的运行状态进行远程监测，远程分析和远程诊断，进而达到远程维护。并且该远程监测系统的所有分析诊断和监测功能都是建立于专一的数据传输基础之上，不涉及其他任何软件的应用，从而使该系统可以在公司广域网上流畅的使用。此外为了更好的进行适度统计分析，该系统还支持维护升级功能，有效的保障系统本身的运行稳定性。
结论：机组振摆在线监测系统在水轮发电机组中多年的应用，通过对机组运行中的振摆状况的实时监测和分析诊断，有力的保证了机组的运行状态稳定性，最大程度上避免了运行故障和安全事故的发生，提高了机组运行的效率和效益。
参考文献：
[1]夏洲,邰圣平,蒋克文,曹一凡.水电厂机组振摆保护系统的设计和保护策略的探讨[J].水电自动化与大坝监测,2013,37(04):17-19+34.