周玉安

摘 ?要：水力發(fā)電現(xiàn)在已經(jīng)成為主要發(fā)電方式，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率則是影響生產(chǎn)效率的主要因素。水利發(fā)電機(jī)組功率大，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行時(shí)很容易受外界因素影響，其中振動(dòng)為最常見(jiàn)問(wèn)題。因此需要從技術(shù)角度分析，確定造成機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并有針對(duì)性的采取措施進(jìn)行優(yōu)化，最大程度上消除振動(dòng)故障產(chǎn)生的影響。文章對(duì)水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)危害進(jìn)行了分析，并針對(duì)問(wèn)題原因提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電;機(jī)組;振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM769 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）35-0064-01

為貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展原則，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上來(lái)加大對(duì)水電生產(chǎn)模式的研究，提高其生產(chǎn)效率。發(fā)電機(jī)組是影響水電生產(chǎn)效率的主要因素之一，其運(yùn)行對(duì)技術(shù)性要求十分嚴(yán)格，在日常生產(chǎn)中必須要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，減少各類問(wèn)題產(chǎn)生的概率。尤其是最為常見(jiàn)的振動(dòng)問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從不同角度進(jìn)行分析，確定振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并基于此來(lái)選擇優(yōu)化方案，爭(zhēng)取提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性。

1 ?水電發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題分析

我國(guó)水電項(xiàng)目建設(shè)日益完善，逐漸有更多新型設(shè)備與技術(shù)被應(yīng)用其中，水電站水輪發(fā)電機(jī)組容量增大，相應(yīng)的機(jī)組結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，運(yùn)行與管理也更為要求。為確保發(fā)電機(jī)組持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，需要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，其中振動(dòng)作為常見(jiàn)問(wèn)題，需要重點(diǎn)分析。如果機(jī)組振頻率超出規(guī)定，將會(huì)產(chǎn)生較大危害，例如會(huì)導(dǎo)致機(jī)組各連接部件松動(dòng)，加劇了轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分之間的摩擦，進(jìn)而容易出現(xiàn)掃膛情況而損壞機(jī)器[1]。設(shè)備磨損程度加大，使得軸瓦溫度升高容易被燒壞。并且，振動(dòng)過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致機(jī)組零部件金屬與焊縫之間疲勞破壞區(qū)增大，降低設(shè)備運(yùn)行機(jī)能。因此必須要及時(shí)采取措施進(jìn)行控制，降低對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率的而影響。

2 ?水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)機(jī)械原因與處理措施分析

2.1 ?機(jī)械軸線因素

機(jī)械軸線不正或者對(duì)中不良會(huì)加劇發(fā)電機(jī)組振動(dòng)加劇，降低其運(yùn)行穩(wěn)定性，在生產(chǎn)過(guò)程中比較常見(jiàn)，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。發(fā)電機(jī)上端軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心、發(fā)電機(jī)軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心以及水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸軸心不正等，均會(huì)導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題[2]。要求加強(qiáng)對(duì)機(jī)組各機(jī)組部位的管理，在安裝階段需要嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范來(lái)進(jìn)行，確保所有細(xì)節(jié)均滿足要求，提高設(shè)備選擇與安裝效率。

2.2 ?機(jī)組支撐因素

如果發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度較低，這樣在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中很容易受外力影響而出現(xiàn)較大的變形。同樣如果其動(dòng)態(tài)剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生較大的振動(dòng)。就我國(guó)水電建設(shè)生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)看，存在因?yàn)闄C(jī)座、負(fù)荷機(jī)架以及磁軛等部件剛度不足，導(dǎo)致機(jī)組固有頻率過(guò)低而出現(xiàn)運(yùn)行振動(dòng)的問(wèn)題[3]。并且當(dāng)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)或者軸系剛度較低時(shí)，情況嚴(yán)重的甚至還會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛事故，降低生產(chǎn)安全性。因此在面對(duì)此類問(wèn)題時(shí)，必須要保證機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的靜、動(dòng)態(tài)剛度，滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求，避免為降低投資成本而減小安全裕度。

2.3 ?轉(zhuǎn)動(dòng)部件因素

轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障是影響水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的常見(jiàn)原因，其主要包括靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩類。其中動(dòng)態(tài)質(zhì)量不平衡即發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行一段時(shí)間后，受各項(xiàng)因素影響各部件松動(dòng)或者位移，造成機(jī)組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡性降低。在加上部分機(jī)組轉(zhuǎn)速高并且轉(zhuǎn)子較長(zhǎng)，在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)不平衡力偶問(wèn)題。通過(guò)對(duì)此方面因素的分析，需要重點(diǎn)做好轉(zhuǎn)動(dòng)部件的選擇與安裝，保證各細(xì)節(jié)實(shí)施效率，并采取可靠措施來(lái)防止磁軛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不均勻徑向外移。另外，還可以選擇用檢測(cè)儀器與平衡重配置軟件，對(duì)各部件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡試驗(yàn)，對(duì)不平衡部位進(jìn)行處理。

3 ?水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)電氣原因與處理措施分析

3.1 ?靜態(tài)氣息因素

對(duì)于水力發(fā)電機(jī)，在安裝時(shí)如果定、轉(zhuǎn)子不同心，或者發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子不圓，在后期運(yùn)行過(guò)程中很容易出現(xiàn)氣隙不均勻問(wèn)題。此類問(wèn)題發(fā)生后會(huì)影響氣隙磁場(chǎng)均勻性，在定子上產(chǎn)生相對(duì)靜止單邊磁拉力或者周期性交變磁拉力，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生周期性交變性磁拉力，進(jìn)而造成機(jī)組振動(dòng)。想要消除此類因素影響，就需要采取措施來(lái)消除在靜態(tài)氣息不均勻問(wèn)題，即機(jī)組安裝與運(yùn)行前需要準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓度，并利用墊片設(shè)置在磁極與磁軛間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還可以增加上機(jī)架徑向支撐剛度，以及提高動(dòng)態(tài)平衡精度。

3.2 ?動(dòng)態(tài)氣息因素

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)后，會(huì)造成動(dòng)態(tài)氣隙不均勻，最小氣隙空間位置不斷變化，進(jìn)而引起機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)。并且燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)一般設(shè)計(jì)氣隙較小，制造、運(yùn)輸、安裝等會(huì)環(huán)節(jié)中也會(huì)造成氣隙失圓、偏心不均以及氣隙軸向成喇叭狀等問(wèn)題，進(jìn)而會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性[4]。因此需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)組部件設(shè)計(jì)、制作與安裝等環(huán)節(jié)的管理，確保其可以滿足水利發(fā)電機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)需求。同時(shí)還需要編制合理管理方案，即對(duì)機(jī)組日常運(yùn)行進(jìn)行有效控制，做好檢修工作，避免發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)情況。

3.3 ?三相負(fù)荷因素

在實(shí)際水電生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱問(wèn)題，即發(fā)電機(jī)定子單向接地或者兩相短路時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱問(wèn)題。當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)，三相繞組會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一旦負(fù)序磁場(chǎng)正對(duì)發(fā)電機(jī)縱軸時(shí)，較小氣隙會(huì)增大轉(zhuǎn)子間作用力;一旦一旦負(fù)序磁場(chǎng)正對(duì)發(fā)電機(jī)橫軸時(shí)，較大氣隙會(huì)減小轉(zhuǎn)子間作用力。

因此負(fù)序磁場(chǎng)造成定轉(zhuǎn)子間作用力忽大忽小，便會(huì)造成定子機(jī)座與轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。針對(duì)此種問(wèn)題，需要設(shè)置發(fā)電機(jī)阻尼繞組來(lái)減小負(fù)序電流，在負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子時(shí)，電阻中安裝的漏電抗很小的阻尼繞組便可以產(chǎn)生較大感應(yīng)電流，對(duì)負(fù)序磁場(chǎng)進(jìn)行削弱，來(lái)減少產(chǎn)生的負(fù)序電流，避免出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。

4 ?水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)水力原因與處理措施分析

4.1 ?水力不平衡

在造成發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的水力因素中，以水利不平衡影響最為明顯，主要是因?yàn)橐簯B(tài)水產(chǎn)生的力量穩(wěn)定性差，其在不斷變化的過(guò)程中，對(duì)水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的影響也就不同，存在平衡性差特點(diǎn)。

在不同季節(jié)、時(shí)段，水流速不同，其對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的影響力不穩(wěn)定，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生振動(dòng)。針對(duì)此類問(wèn)題需要對(duì)進(jìn)水口進(jìn)行處理，采取措施來(lái)控制進(jìn)水流速，根據(jù)不同季節(jié)、時(shí)段水速變化特點(diǎn)，來(lái)設(shè)置管理方案，最大程度上來(lái)降低水力不平衡因素產(chǎn)生的影響。

4.2 ?尾水管渦帶

當(dāng)水輪機(jī)與最優(yōu)工況相差較大時(shí)，即便會(huì)存在尾水管渦問(wèn)題，一般情況下尾水管渦帶工況范圍較大，從相應(yīng)水頭下最優(yōu)流量0.4～0.8倍內(nèi)。尾水管渦會(huì)造成管內(nèi)水壓脈動(dòng)，增大機(jī)組運(yùn)行噪聲、擺動(dòng)與振動(dòng)幅度，情況嚴(yán)重的甚至?xí)斐伤娬緩S房共振。針對(duì)此類問(wèn)題，在安裝設(shè)備時(shí)，混流式轉(zhuǎn)輪應(yīng)選擇負(fù)傾角翼型模式，以及最優(yōu)化上冠與泄水錐形線。高水頭混流式水輪機(jī)則可以選擇用帶副葉的轉(zhuǎn)輪，同時(shí)應(yīng)向渦帶運(yùn)行去進(jìn)行軸中心自然補(bǔ)氣處理。

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

以提高水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性為目的，需要對(duì)常見(jiàn)振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析，確定問(wèn)題發(fā)生的原因，有的放矢選擇解決措施。從技術(shù)角度出發(fā)，對(duì)不同影響原因進(jìn)行分析研究，加強(qiáng)設(shè)備安裝與運(yùn)行管理，爭(zhēng)取不斷提高水電生產(chǎn)綜合效率。

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