水轮发电机组改造后异常振动分析及处理

水轮发电机组改造后异常振动分析及处
理
摘要：水轮发电机组振动和摆度是水电站设计与运行维护中的重大课题，它
作为新机安装或者机组大修后运行时的动态评价指标，在机组安全稳定运行方面
具有举足轻重的地位。

因此，在实践中解决水轮发电机组振动问题，在提高机组
安全稳定运行和延长机组使用寿命方面将具有十分重要的意义。

关键词：水轮发电机组改造；异常振动；分析处理
引言
异常振动是水轮发电机运行中最常见、最重要的故障问题。

为此，在水电站
的规划、运行和维护中，水电站机组异常振动始终是水电站面临的实际问题。

对
于已进行较大维修的发电机组和新安装的发电机组，迫切需要解决振动问题，这
已成为提高发电机组安全稳定运行的前提条件。

1水轮发电机组的振动危害
长期运行时，发电机组的一些紧固部分与相关部件一起振动、甚至断裂和损坏，从而缩短了设备部件的使用寿命。

此外，长期振动会进一步加剧焊缝与单元
部件之间疲劳损伤区域的损伤程度，有时会形成明显的裂缝，导致设备部件报废。

当水轮发电机机组振动时，机组旋转部分之间的磨损程度较严重，对正常运行产
生不利影响。

其中，热液单元的共振是各种设备、设施等水利工程中的严重现象。

，在一定程度上受到设备与设备之间共振的破坏。

2水轮发电机组的振动原因
2.1频谱分析
频率反映了故障性质，不同故障对应的频率不同。

例如：转子不平衡故障的
频率为工频，油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障的频率为高频等。

频率特征是故障判断的必要条件，某种故障必然具备相应的频率特征。

因此，根
据频谱分析结果可对故障性质作一个初步、定性判断。

频谱分析表明，上导摆度
和下导摆度以工频分量为主，其他频率分量较小，说明机组发生普通强迫振动，
可以初步排除发电机上下导轴承失稳或轴瓦紧力不足及水力因素的影响。

2.2发电机失磁、过负荷
正常情况下，连接大型电网的小型发电机出现过载现象，可分为以下过载工况:特定高压线路发生事故时，线路电压大幅降低；小型电网条件下独立作业单
位的实际供电负荷一般较大；当运行用户线路的单元连接到网络时，由于突然断电，该线路上单元的电源负荷接近用户负荷，导致连接单元过载。

为了保证水轮
发电机机组正常运转，必须消除过载现象。

但是，如果发电机组根据具体情况遇
到特殊事故，根据运行规程，可能会暂时超载。

原因是耐热保温材料的电源总成
通常有相应的温度升高，短期过载时保温材料的寿命不会大幅缩短。

当需要过载
运行的发电机组定子电流超过允许值时，有必要密切观察和准确记录定子电流超
过允许值时的经验时间，检查发电机的性能和电压，并根据相应要求降低励磁电流。

2.3摆度偏大原因分析
在定速初期，上导、下导摆度分别为382μm、431μm，仅比标准值仅低约
70μm，安全裕度相对较小，不利于机组长期安全稳定运行。

大量工程实践表明，水轮发电机组动平衡故障属常见故障，尤其在新机组安装调试阶段。

这是因为水
轮发电机转子体积大、重量也大，由很多零部件组成，在加工、组装过程中很难
保证质量平衡。

由于该发电机转子在改造中更换了磁极撑块、引线、中心体及外
环组件，说明在改造后发电机转子很可能存在一定的质量不平衡。

通过对测试数
据分析，发现该机组上下导轴承摆度和转速之间相关，转速变化摆度立即变化，
两者之间无时滞性。

进一步分析发现，上下导摆度基频分量随转速升高而逐渐变大，各导轴承X向和Y向摆度基频相位相差约90°，这些显然是典型的质量不平
衡振动特征。

由此说明，该机组发电机转子确实存在一定的质量不平衡。

2.4动静摩擦
在恒定速度下，每个导向轴承的推力会增加不同程度，其中较低导向收缩变
化最大。

当水轮发电机机组停止时，每个导向轴承的摆动幅度远远高于加速度幅度，表明转子具有一定的摩擦引起的热弯曲。

处理摩擦振动时，正确确定摩擦位
置非常重要。

一般来说，摩擦点附近的振动矢量波动是最明显的变化。

因此，如
果在恒定速度下，较低导程收缩变化相对较大，而较高导程收缩和导程摆动变化
相对较小，则可以判断下轴承附近是摩擦的一部分。

比如，在攀登下导轨收缩时，下导轨鞋的温度也会同步变化，也可以判断下导轨轴承是摩擦部分。

此后，通过
进一步分析相关测试数据，进一步验证了上述分析的准确性。

但是，由于水轮发
电机组的摩擦振动往往与转子天平密切相关，只需通过动态平衡来控制水轮发电
机组的转子不平衡。

2.5上机架振动超标原因分析
在定速过程中，上机架水平振动由184μm逐步降至150μm后变化不大。

在
测试过程中，除上机架水平振动超标外，其余各点振动均小于50μm。

在通常情
况下，水轮发电机组定子、机架等固定部件的振动与激振力成正比，与结构刚度
成反比；在激振力一定的情况下，振动幅值取决于刚度大小。

由于上机架水平振
动较大，垂直振动较小，说明上机架两个方向刚度差别较大。

在激振力相同的情
况下，水平振动偏大只能是上机架水平方向刚度偏低引起的。

消除这类振动，理
论上可以从减小激振力和提高支承系统刚度两个方面着手。

在实际处理时，受现
场条件、工期等多方面因素的限制，大幅度提高支承系统刚度有一定难度，大多
是首先从减小激振力的角度着手处理。

通过对测试数据分析发现，在定速过程中，上机架振动随着上下导摆度减小而逐渐降低，两者同步变化，说明上机架振动对
外界激振力变化较敏感。

由于该机组发电机转子存在一定的质量不平衡，说明通
过动平衡的方法可以有效解决该机组上机架振动超标问题。

3研究目的与方法
本研究的基本目的是找出振动的原因。

结合分析结果给出了一种有效的减振
方法，提供了相应的技术支持和数据基础。

解决方案如下:(1)转移分析。

倍频称
为变频，在水轮发电机中占有重要位置。

倍频主要包括波浪振动、质量或液压不平衡等。

尽管水轮发电机机组振动的影响因素很多，它们之间的关系也很复杂，但不同条件下振动原因存在一定差异。

因此，有必要对各个方面进行系统分析，以了解频繁移动振动的原因，并考虑直观求解主轴相位、弯曲量等信息的空间布局工具。

从不同单位的角度深入分析这一系列参数，可以确定振动的影响因素。

(2)频率分析。

该方法是水轮发电机组最基本的振动分析方法。

其基本原理是将每个信号波分解成正弦曲线，并根据正弦波的振幅和频率形成频率谱。

每个振动现象都可以通过基本的振动现象来合成。

从波形即正弦频率波的角度分析了基本振动现象。

必须注意，振动的直接原因是上述振动现象。

根据该方法，可以快速确定振动的具体原因，有助于分解复杂的振动现象，并确定待检修单元的位置和方向。

结束语
一句话，水利工程机械电气设备日常劳动强度高，经常处于潮湿的工作环境中，容易发生磨损、腐蚀等问题，应由工作人员注意。

为避免设备故障，确保机组正常运行，需要提出适合现有问题的可行解决方案。

此外，工作人员应做好日常检查，及时消除影响机电设备运行的不良因素。

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