馮鐵成

（國(guó)家電網(wǎng)公司劉家峽水電廠，甘肅 臨夏731600）

0 引言

近些年來，隨著水力發(fā)電廠建設(shè)步伐的不斷加快，大量新建水力發(fā)電機(jī)組紛紛投入運(yùn)行。但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，由于水電廠相關(guān)設(shè)備在制造、安裝、調(diào)試以及驗(yàn)收等等多個(gè)方面均存在著不少問題，因而導(dǎo)致許多機(jī)組運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性相對(duì)較差，振動(dòng)的擺度也嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)于機(jī)組的軸系、主軸以及駕機(jī)等均造成了機(jī)械損傷，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行過程的安全性帶來了嚴(yán)重影響。因此，本文針對(duì)水力發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)以及振動(dòng)等故障的分析和處理進(jìn)行了探討。

1 水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)

通過對(duì)水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握不穩(wěn)定區(qū)域的危險(xiǎn)運(yùn)行工況，并能夠有效避免危險(xiǎn)點(diǎn)的運(yùn)行，以便有效延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，同時(shí)還可以針對(duì)大修及小修后機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)掌握，以便全面有效地了解檢修的效果，從而為機(jī)組的狀態(tài)檢修奠定基礎(chǔ)。目前，有關(guān)水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)得到了較為成熟的發(fā)展和應(yīng)用，其主要由傳感器測(cè)點(diǎn)、預(yù)處理及信號(hào)采集單元、上位機(jī)服務(wù)器等3個(gè)方面構(gòu)成。

1．1 傳感器測(cè)點(diǎn)的相關(guān)布置

水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性常會(huì)受到機(jī)械、電氣以及水力等多方面因素的影響，因而系統(tǒng)通常會(huì)進(jìn)行6路擺度測(cè)點(diǎn)、1路抬機(jī)量、12路振動(dòng)測(cè)點(diǎn)以及7路壓力脈動(dòng)的設(shè)計(jì)。此外，還會(huì)進(jìn)行有功及無功功率、勵(lì)磁及出口開關(guān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置。通過此類傳感器測(cè)點(diǎn)能夠以機(jī)組運(yùn)行情況及事故原因?yàn)橐罁?jù)，進(jìn)行合理分析并作出判斷。

1．2 預(yù)處理及信號(hào)采集單元

此單元主要由傳感器的電源箱、預(yù)處理及信號(hào)采集單元、鍵盤、鼠標(biāo)、液晶顯示器、逆變電源、共享器以及集線器等構(gòu)成。此部分在系統(tǒng)中具有承上啟下的功能，其采用雙工業(yè)級(jí)主板，自身就是2套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，信號(hào)采集的單元主要負(fù)責(zé)對(duì)各路模擬量、開關(guān)量以及鍵相等信號(hào)進(jìn)行采集，并以系統(tǒng)的具體要求為依據(jù)，對(duì)各信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的放大、濾波以及AD轉(zhuǎn)換等過程，使得系統(tǒng)進(jìn)行在線記錄，并將所采集信號(hào)傳輸至預(yù)處理單元。對(duì)于預(yù)處理單元而言，其主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)所采集及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效分解，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)分析需要的各信號(hào)特征值進(jìn)行提取，例如信號(hào)的振幅、頻率以及相位，轉(zhuǎn)頻及隨機(jī)信號(hào)等等，而后以機(jī)組運(yùn)行過程的不同狀態(tài)為依據(jù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和整理，從而得到機(jī)組不同運(yùn)行情況下不同測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的趨勢(shì)情況，作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、分析以及故障的診斷過程數(shù)據(jù)的來源，并借助于網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器中。

1．3 上位機(jī)服務(wù)器

此部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞部分，在系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用，其功能如下：

（1）對(duì)信號(hào)以及趨勢(shì)進(jìn)行分析，不僅可以向用戶提供通用及專有分析工具，還能夠從多種角度進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行情況以及各倍頻的信號(hào)的靈活分析，并對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行之后自身的狀態(tài)情況等進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，并以所得數(shù)據(jù)信息對(duì)不同時(shí)期機(jī)組的趨勢(shì)變化進(jìn)行判斷。另外，系統(tǒng)能夠調(diào)用多種分析手段來對(duì)機(jī)組趨勢(shì)與故障情況進(jìn)行巡檢，以便達(dá)到早期預(yù)警的目的。

（2）在水電廠出現(xiàn)故障即重大危險(xiǎn)隱患時(shí)，可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸聯(lián)系專家進(jìn)行及時(shí)咨詢和維護(hù)，確保機(jī)組運(yùn)行的安全性。

1．4 選擇環(huán)境參量

由于水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)情況常會(huì)受到機(jī)組工況的影響，因而其振動(dòng)分析過程均需對(duì)機(jī)組即時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行充分的考慮。因此，系統(tǒng)引入了有功功率、接力器行程、無功功率、出口開關(guān)以及勵(lì)磁開關(guān)等環(huán)境參量。

2 水力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)故障及處理

通常而言，機(jī)組振動(dòng)可以在較寬頻率范圍以內(nèi)發(fā)生，而振源多數(shù)來自電磁、水力以及機(jī)械等有關(guān)方面。除了需對(duì)機(jī)組自身旋轉(zhuǎn)及固定等部分的振動(dòng)進(jìn)行考慮以外，還需對(duì)流體動(dòng)水壓力而導(dǎo)致的引水系統(tǒng)、過流部件以及電磁力對(duì)機(jī)組振動(dòng)等所產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮。以下就導(dǎo)致水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因進(jìn)行分析。

2．1 水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的原因分析

水力發(fā)電機(jī)組除了受到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的影響而產(chǎn)生振動(dòng)以外，流體對(duì)渦輪產(chǎn)生沖擊及電磁力也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)。

（1）機(jī)械振動(dòng)是所有振動(dòng)故障中最為常見一種類型，引起此方面的故障主要是由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量未處于平衡狀態(tài)、機(jī)組的軸線不正、導(dǎo)軸承自身缺陷以及摩擦等多種原因所致。其中，轉(zhuǎn)子質(zhì)量未平衡將會(huì)直接導(dǎo)致其重心同軸線間存在一定偏心矩，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)。而機(jī)組的軸線不正雖也會(huì)引起一定程度的振動(dòng)，但通常不嚴(yán)重。

（2）水力振動(dòng)也是較為常見的故障類型，引起此類振動(dòng)的主要原因如下：水力未平衡、空氣的汽蝕、卡門渦列等等。水力未平衡指的是轉(zhuǎn)輪中的水流在失去軸對(duì)稱的時(shí)候?qū)?huì)有不平衡徑向力的產(chǎn)生，因而導(dǎo)致其不平衡。氣蝕則是因空腔產(chǎn)生氣蝕而導(dǎo)致振動(dòng)，通常此情況垂直振幅會(huì)比較大。

（3）電磁振動(dòng)主要是由于定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的軸心未重合以及勵(lì)磁繞組匝間出現(xiàn)短路等引起的。此類情況會(huì)導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子之間的間隙磁通量不均勻，并造成機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)故障。

2．2 振動(dòng)故障的處理

實(shí)際判斷振動(dòng)原因時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多方面多角度的分析和試驗(yàn)。以下就某水力發(fā)電機(jī)組為例對(duì)其振動(dòng)故障進(jìn)行分析和處理。此機(jī)組含上、下2個(gè)導(dǎo)軸承，運(yùn)行某段時(shí)間后，上導(dǎo)軸承同上機(jī)架的振動(dòng)情況較為嚴(yán)重，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)軸承固定螺釘斷裂，而上導(dǎo)軸承的螺紋墊塊固定也有嚴(yán)重裂紋的產(chǎn)生。進(jìn)行故障的處理時(shí)應(yīng)先檢查機(jī)組各部件，例如機(jī)架松馳與否，導(dǎo)軸承缺陷與否、各連接處正常與否等等，并對(duì)止漏環(huán)、定轉(zhuǎn)子等進(jìn)行檢查。此外，還需對(duì)機(jī)組振動(dòng)的各個(gè)部件自有的頻率進(jìn)行分析，例如機(jī)架、轉(zhuǎn)輪以及轉(zhuǎn)軸等。

此外，采用振動(dòng)故障檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行查找和分析，例如可進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)來查找機(jī)組振動(dòng)情況加劇的原因?？刹捎棉D(zhuǎn)速試驗(yàn)來對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性情況進(jìn)行分析，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將轉(zhuǎn)速逐漸增大，若上機(jī)架的振動(dòng)幅度也不斷增大，說明轉(zhuǎn)子質(zhì)量并不平衡。此外，還有勵(lì)磁電流試驗(yàn)、負(fù)荷試驗(yàn)等來對(duì)不同振動(dòng)原因進(jìn)行查找。

3 結(jié)語

綜上所述，水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障較為復(fù)雜，因此，必須對(duì)水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)各類振動(dòng)故障進(jìn)行分析和處理，以提高水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程的穩(wěn)定性。對(duì)此，水力發(fā)電機(jī)組的檢測(cè)與維護(hù)人員要采取科學(xué)的穩(wěn)定性與故障檢測(cè)技術(shù)，明確劃分檢測(cè)與維護(hù)工作中的責(zé)任和義務(wù)，促進(jìn)水力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)效率的不斷提高，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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