第43卷 第2期
39
2020年2月
水 电 站 机 电 技 术
Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station
Vol.43 No.2Feb.2020
水电站机组振动的原因分析及处理
李忠臣
（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州450000）
摘 要： 振动是机械旋转中发生的常见现象，若振幅在允许范围内，水轮发电机组的安全运行不会受到影响。但较大振动会使机组各连接部件松动、焊缝开裂、零件疲劳断裂甚至飞出等，严重威胁设备、人员安全。本文针对龙背湾水电站2号机组振动过大的问题，通过相关试验，分析查找引起振动的主要诱因，并采取一系列措施加以处理，使机组恢复到正常运行状态，为同类故障的处理提供借鉴。关键词： 振动；原因分析；处理
中图分类号：TM312 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2020）02-0039-03DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2020.02.013
1工程概况
龙背湾水电站工程位于湖北省竹山县堵河支流官渡河上游，为地面引水式厂房，装机容量180MW（2×90MW），年发电量4.19亿kW·h。引水方式为由一根主管分岔为两根支管分别与两台水轮机的进水阀相连接，采用1回220kV电压等级出线接入电网，电站于2015年5月投入商业运行。2017年2月我单位对该电站2号机组进行B级检修，检修过程中对机组振动过大的问题进行分析、处理。
3机组振动的测量
在2号机组检修前，对机组振动情况进行测量。受到现场条件的，采用千分表机械测振法，用厂房的桥式起重机吊一重物，此重物相对于机组的振动部件来说是静止的，本身不受振动的影响，然后把千分表固定在重物上，使千分表测杆的触头紧紧的顶住机组的被测部位，并使测杆的方向与振动方向一致，从千分表上就可以直接读得指针的摆动最大值，此值即为振动振幅，此方法用来测量上机架的振动。对于定子、水导轴承、下机架和水轮机的顶盖振动则采用手持测振仪和千分表进行测量。测点的布置为：上机架支腿内侧、下机架支腿内侧、定子基座、水轮机顶盖、水轮机导轴承，每个测点在水平和垂直各架设一块千分表进行测量。
2机组振动的危害与产生振动的原因
水轮发电机组的振动是一种有害现象，影响到机组的使用寿命。振动过大会造成设备焊缝开裂、螺栓松动、零件疲劳断裂、飞出等，这对于高速旋转的机组来说是相当危险的，严重地威胁着电站的运行安全。
水轮发电机组振动的原因，根据外力来源的不同可分为3种：水力振动、机械振动、电磁振动。其中水力振动的原因有水力不平衡，水轮机在非设计工况下运行，尾水管中水流不稳等；机械振动的原因有转子重量不平衡，机组的轴线不正，轴承存在缺陷等；电磁振动的原因有转子绕组短路，空气间隙不均匀等。了解这些振动产生的原因，就为正确解决问题提供了保证。
4分析机组振动的试验
为了将机组的振动值降低到规范允许的范围内，需要找到产生振动的主要原因。振动产生的原因比较复杂，通过对相关的试验数据筛选、对比、分析，然后确定引发振动的主要因素。水轮发电机组产生振动的原因包括：水力不平衡、机械不平衡、电
收稿日期： 2019-05-21
作者简介： 李忠臣（1980-），男，工程师，从事水工金属结构制造及水电站机电设备安装工作。
40
水 电 站 机 电 技 术
第43卷
磁不平衡等。为了判断是哪一种状况引起机组振动过大，我们需要做以下几项试验：（1）转速试验
分别使机组在60％、70％、80％、90％、100％的转速运行，并测量各部导轴承机架内侧振动的振幅及频率，绘制转速与振幅的关系曲线。振幅与转速的关系为：
A=f （n2）
A为双振幅，单位为0.01mm；n为转速，单位为r/min。
如果机组在以上转速范围运行，振幅一直很大，改变转速对振幅的影响不大，则引起振动的原因可能是：轴线曲折、盘车摆度超标、导轴承不同心及主轴与固定部分有偏磨等，对此类问题的解决方案是重新盘车并调好机组中心。
如果振幅随机组的转速增高而增大，且基本与转速的平方成正比，则振动的原因是由转动部分的不平衡引起的，应做静平衡和动平衡试验。（2）励磁试验
在额定转速下给转子加励磁电流，测量并绘制振幅与励磁电流的关系曲线。
A=f （i）
A为双振幅，i为励磁电流。
如果振幅随励磁电流的增加而增大，则磁拉力不平衡是引起机组振动的主要原因，应进一步检查定子和转子空气间隙是否均匀、磁极线圈是否有匝间短路、磁极是否松动、磁极和磁轭间是否有间隙等，此外还要注意是否有因为定子组合缝把合不严引起的冷态振动。（3）带负荷试验
按25％、50％、75％、100％分别带上不同的负荷，测量各种负荷下的振幅，并绘制振幅与负荷的关系曲线。
A=f （p）
A为双振幅，p为发电机负荷，单位为kW。如果振幅随负荷的增加而增大，且水轮机导轴承处的振幅变化比上导轴承处的变化灵敏，则水力不平衡是引起机组振动的主要原因，应在水轮机部分查找原因。如果仅仅是在某一特定的负荷区域振幅较大，其他负荷区正常，则应避开这一振动区域运行。
经过上述试验测得的相关数据见表1~表3。
表1 转速与振动关系的测量记录
测量部位转速/r/min
180210240270300上机架振动上升0.52479/0.01mm下降0.522.568定子振动上升01111/0.01mm下降01111水导振动上升01478/0.01mm
下降
0
1
4.5
6
7
表2 励磁电流与振动关系的测量记录
测量项目励磁电流
025％50％75％100％上机架振动
上升991011.512/0.01mm下降99101112定子振动上升1111.51.5/0.01mm下降1111.51.5水导振动上升8/0.01mm
下降
8
8
8
8.5
9
表3 机组带负荷与振动关系的测量记录
测量项目有功功率
025％50％75％100％导叶开度/％2130415470上机架振动上升121211.51213/0.01mm下降12121212.513定子振动上升1.51.51.522/0.01mm下降1.51.51.522水导振动上升910101112/0.01mm
下降
9
10
10
11
12
5振动产生的原因分析及处理
根据前项的各种试验数据，绘制上机架及水导部位的振动曲线图见图1。
0.01mm
转速区
励磁区
负荷区
12
上机架振动上机架振动9水导振动水导振动6上机架振动3
水导振动0180 210 240 270 300（r/min）0 25% 50% 75% 100%
（A）0 25% 50% 75% 100%（MW）图1 振动曲线图
通过图1的关系曲线，我们可以看到上机架和水导振动值是随着转速的增加而急剧增大的，可见静不平衡或动不平衡是造成本台机组振动过大的主要原因。而在励磁区，发电机上机架的振动值也随
（下转第61页）
61
水 电 站 机 电 技 术
第43卷
3.0MPa时，对接力器前后活塞杆密封压盖进行检查，未发现油渍；现地操作导叶2个全行程，未见渗油现象；随后液压系统升压至6.3MPa，未见渗油现象。在之后的机组二次联调时，多次进行了开、关导叶动作，均未出现渗油现象。
3改进效果
更换剖分式密封已经历时1年，定期检查接力器活塞杆压盖均未发现漏油现象。使用剖分式V形组合密封具有以下优点：（1）检修成本小。改成剖分式密封之后，大大简化了检修流程，更换一处端盖密封只需要2~3个人半天即可完成。（2）检修风险降低。改进之后不需要拆卸连板及杆头等大而重的部件，因此减少了起吊重物及损坏活塞杆杆头的风险。（3）密封性能强。将之前的一圈整体式密封更换为2圈剖分式聚醚聚氨酯V形组合密封，同时配合支撑环及压环，可以在活塞杆及缸盖之间形成良好的密封。
剖分式密封结构在接力器活塞杆中的应用，使得更换密封只需要拆卸密封压盖，整个密封更换过程简单、无技术障碍，而剖分式密封效果可以满足大形水轮机组对密封圈的使用要求。此项改进减少了设备拆卸次数，保证了密封长周期运行，解决了大型水轮机组接力器活塞杆密封圈更换难、耗时长的问题，在一定程度上提高了大型水轮机组的检修技能。剖分式密封结构在3F机组接力器中的应用可以为后续的接力器活塞杆密封形式改进提供成功的经验。参考文献：
[1]闫志旭.一种剖分式聚氨酯密封件的研制[J].液压气动与密封，2012（10）.
[2]唐颖达.液压缸密封技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2016.
[3]王雪峰.液压缸活塞杆密封泄露原因分析与措施[J].液压气动与密封，2012（4）.
[4]李奎为，贾长贵，卫然.井下工具用V形组合密封的设计分析[J].润滑与密封，2011（8）.
[5]吴义航.三峡水力发电厂水轮机接力器活塞杆剖分式结构密封研究[Z].中国水力发电年鉴，2015.
4结语
（上接第40页）
励磁电流的增加而增大，但在水导处却变化不大，这说明有磁拉力不平衡的因素包含在其中，这属于次要原因。在负荷区可以看到，发电机的振动不随负荷的变化而变化，而水导的振动却随负荷增加而增大，说明在水轮机方面也存在着水力不平衡的因素。至此2号机组振动过大的原因已基本确定，下面针对以上几种原因采取以下方法处理：
（1）将机组拆出后，首先对水轮机转轮进行检查，发现转轮磨损及气蚀情况较为严重，且尤为严重的是原来转轮静平衡所加的配重都已经丢失。在对转轮的磨损和气蚀进行处理后，决定对水轮机转轮进行静平衡试验，需要配重达16kg，最后把残留不平衡重量控制在图纸要求的0.1kg之内，至此转轮的静平衡满足规定。
（2）对水轮机的上、下止漏环进行修磨，使圆度达到规范要求的标准，并对导叶的开度进行检查和处理，把每对导叶的开度偏差调整到规范要求的标准值。（3）在水轮机方面的因素排除后，对定子中心及圆度、转子中心及圆度进行检查，并在转子吊入后，
对空气间隙进行测量，重新设定机组转动部分的中心，经过调整空气间隙达到了规范要求的标准。
经过上述处理，在机组安装完毕后，对机组进行试运行，各部位的振动值均已恢复到规范要求的许可范围，至此2号机组振动过大的问题彻底解决。
6结束语
龙背湾水电站2号机组检修工作历时45d，针对修前存在的机组振动过大的问题，通过相关试验确定机械不平衡是主因，水力不平衡、磁拉力不平衡是次因，三者相互作用。通过采取对转轮进行静平衡试验，上、下止漏环间隙调整，导叶开度调整，定、转子空气间隙调整等一系列措施，最终使机组各部位的振动值恢复到规范许可范围。参考文献：
[1]GB/T855－2003水轮发电机组安装技术规范[S].北京：中国标准出版社，2003：47-48.[2]DL/T817－2002立式水轮发电机组检修技术规程[S].北京：中国电力出版社，2002：22-34.
