劉元秀

(中國水電建設(shè)集團四川電力開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610041)

2012年底，我國水電裝機容量已達(dá)11.44億kW，隨著裝機的增加，對我國水電企業(yè)設(shè)備維護(hù)與養(yǎng)護(hù)工作提出了更高的要求。在現(xiàn)代水電站的運行維護(hù)中，水輪機組異常振動是常見的異?，F(xiàn)象。如何快速的判斷振動源并進(jìn)行相應(yīng)的措施是有效保障機組運行安全的關(guān)鍵，也是目前水電站設(shè)備維護(hù)與運行安全的重要工作。從現(xiàn)代水電站運行經(jīng)驗總結(jié)中可以看出，水輪機組的振動對水電站機組甚至廠房的安全、經(jīng)濟效益都有著重要的影響。對此，需要加強調(diào)查研究，在工程實踐中不斷創(chuàng)新。

1 水輪發(fā)電機組振動的危害

振動是旋轉(zhuǎn)機械不可避免的現(xiàn)象，若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi)，就能確保機組安全正常運行。但較大振動對機組安全是不利的，會造成如下危害:

a.使機組各連接部件松動，使各轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞;b.引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴大裂縫甚至斷裂;c.尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，當(dāng)其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時，將發(fā)生共振，引起機組出力大幅度波動，可能會造成機組從電力系統(tǒng)中解列，甚至危及廠房及水工建筑物。

2 振動的原因及特征分析

水輪發(fā)電機組的振動問題與一般動力機械的振動有一定差異，除了機器本身轉(zhuǎn)動或固定部分引起的振動外，尚需考慮發(fā)電機的電磁力以及作用于水輪機過流部分的流動壓力對系統(tǒng)及其部件振動的影響。在機組運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，流體—機械—電磁三部分是相互影響的。例如，當(dāng)水流流動激起機組轉(zhuǎn)動部分振動時，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間會導(dǎo)致氣隙不對稱變化，由此產(chǎn)生的磁拉力不平衡也會造成機組轉(zhuǎn)動部分的振動，而轉(zhuǎn)動部分的運動狀態(tài)出現(xiàn)某些變化后，又會對水輪機的水流流場及發(fā)電機的磁場產(chǎn)生影響。因此，水輪機的振動是機械、水力、電氣等多種原因引起的。

2.1 機械原因

水輪機和發(fā)電機兩者結(jié)構(gòu)所造成的機組機械振動多種多樣，主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷或間隙調(diào)整不當(dāng)、機組支撐結(jié)構(gòu)或軸系剛性不足和軸密封調(diào)整不當(dāng)?shù)取?/p>

2.1.1 轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量不平衡

水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心力造成機組振動最普遍的原因之一。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大，振動也越嚴(yán)重。其振動特性:振幅與機組出力無關(guān)，在空載下也振動;振幅隨轉(zhuǎn)速的增高而增大，且大致與轉(zhuǎn)速的平方成正比;徑向振幅最大，軸向較小;振動頻率為轉(zhuǎn)頻和倍頻，其主頻為轉(zhuǎn)頻率。

預(yù)防和處理措施:如果發(fā)生這樣的情況，要進(jìn)行轉(zhuǎn)子的靜平衡、動平衡試驗，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動的原因。對于高速、長轉(zhuǎn)子機組應(yīng)根據(jù)機組上下導(dǎo)軸承的擺度值，在轉(zhuǎn)子的上部和(或)下部的不同方位配重。例如，廣西龍灘水電站700MW機組采取現(xiàn)場動平衡試驗，消除了轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量不平衡，保證了機組的穩(wěn)定運行。

2.1.2 軸線不正

由于轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，運行中會產(chǎn)生橫向及縱向振動，直接形成回旋對推力軸承、導(dǎo)軸承均構(gòu)成威脅，還能增大離心慣性力，兩者都使振幅增大。從運行角度分析，一般出現(xiàn)在投運年限較長，各導(dǎo)軸承間隙大，沒能及時修復(fù)，或者檢修質(zhì)量不良等情況下。另外一種是擺振。在動水壓力下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在安裝和檢修時必須找正軸線，調(diào)整各導(dǎo)軸承的間隙在允許范圍內(nèi)。對新投產(chǎn)的機組，一般不會由于軸線不正而引起劇烈振動，但對于運行一段時間后的機組，由于某種原因使軸線改變，如推力頭與軸配合不嚴(yán)密、卡環(huán)不均勻壓縮、推力頭與鏡板間的墊變形或破壞等，都會引起機組振動。綜上述機組軸線不正包括:發(fā)電機上端軸和轉(zhuǎn)子中心體不同心;轉(zhuǎn)子中心體和發(fā)電機軸不同心;水輪機軸和發(fā)電機軸的軸心不成一條直線;轉(zhuǎn)軸彎曲、偏心、或者軸線曲折;發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子不同心;推力軸承滑動面與轉(zhuǎn)軸不垂直;水輪機上、下止漏環(huán)不同心等。2000年11月天橋水電站1號機大修后，發(fā)生發(fā)電機推力瓦12塊被燒毀的嚴(yán)重事故，因推力瓦水平調(diào)整不好，軸系中心不正及調(diào)速系統(tǒng)失調(diào)所致。其振動特性:振幅與機組出力無關(guān)，在空載下也振動;振幅對轉(zhuǎn)速不敏感，通常在60% ～100%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振幅都比較大;轉(zhuǎn)軸的徑向振動最為明顯;振動頻率為轉(zhuǎn)頻和倍轉(zhuǎn)頻，其主頻為轉(zhuǎn)頻。

預(yù)防和處理措施:提高制造精度、制造質(zhì)量，提高安裝水平，消除機組軸線、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子、水輪機上下止漏環(huán)對中不良，軸線曲折、偏心，推力軸承垂直度不高等缺陷。

2.1.3 導(dǎo)軸承缺陷或間隙調(diào)整不當(dāng)

導(dǎo)軸承由于設(shè)計缺陷在運行中松動，軸瓦間隙設(shè)計或調(diào)整不當(dāng)，軸承支架剛度不當(dāng)，軸承支架剛度不足，都會造成機組的振動、擺度增大。此時的振動主頻為轉(zhuǎn)頻，且振動在空載、低轉(zhuǎn)速下就會發(fā)生。例如:五強溪水電站水輪發(fā)電機軸頸直徑在2m以上，而三峽電站水輪機的軸頸直徑達(dá)到4m。安裝調(diào)整時，軸承軸頸和軸瓦支架的溫度是相同的，投入運行后，與熱油直接接觸的軸頸溫度會明顯高于軸承支架，兩者的熱膨脹脹量就會明顯不同。為了使機組運行時軸承最為合理，設(shè)計上一般會給出一個數(shù)值較大一些的冷態(tài)調(diào)整間歇。如果設(shè)計預(yù)測不準(zhǔn)，冷態(tài)間歇給得過大或者過小，就可能造成軸承運行不良，引起機組振動。五強溪水電站初期運行時，水輪機導(dǎo)軸承就曾出現(xiàn)過這種情況，設(shè)計提供的冷態(tài)間歇過大 ，導(dǎo)軸承處的振動總是偏大。后來逐步減小了冷態(tài)間歇，導(dǎo)軸承處的振動值趨于正常。其振動特性:機組運行一段時間后，振動情況將發(fā)生變化;振動在空載、低轉(zhuǎn)速下就會發(fā)生。

預(yù)防和處理措施:借鑒先行機組經(jīng)驗，選擇合適的冷態(tài)間隙。

2.1.4 機組支撐結(jié)構(gòu)或者軸系剛性不足

機組支撐結(jié)構(gòu)的靜剛度不足，在外力作用下會產(chǎn)生較大的變形，而動剛度不足，在不平衡力或力矩作用下會產(chǎn)生較大的振動。國內(nèi)外不少水電站都曾發(fā)生過因為負(fù)荷機架、機座、鐵芯、磁軛等剛度不足，使機組固有頻率降低，從而引發(fā)機組振動的故障。劉家峽水電站10MW發(fā)電機組投產(chǎn)不久，機組振動嚴(yán)重超標(biāo)，其原因之一，上機架強度低，整體剛度差，機組后來返廠修理，對上機架的支臂進(jìn)行了加固，以及更換更大直徑的水輪機主軸以增加機組旋轉(zhuǎn)部分的剛度，在一定程度上減小了機組的振動。其振動特性:振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大;振幅與剛度系數(shù)成反比;發(fā)電機定子振動較為明顯;振動頻率為發(fā)電機頻率。

預(yù)防和處理措施:在設(shè)計上應(yīng)該有足夠的靜、動剛度，以確保機組的穩(wěn)定運行，切忌為節(jié)省材料、降低成本而減少機組的支撐結(jié)構(gòu)的安全裕度。

2.1.5 軸密封調(diào)整不當(dāng)

機組各處的軸承蓋、軸瓦托架、水輪機的徑向盤根密封，如果調(diào)整不當(dāng)，四周緊量不均，或者水輪機徑向潤滑不良，則會造成轉(zhuǎn)軸橫斷面四周受熱不均，熱膨脹導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸彎曲，而發(fā)生嚴(yán)重振動。其振動特性是:振幅通常隨轉(zhuǎn)速的上升和出力的增加而增大;振動主頻轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)頻。

預(yù)防和處理措施:可采取無接觸式的密封結(jié)構(gòu)以及仔細(xì)安裝調(diào)整、使密封四周間隙均勻措施。

2.2 水力原因

水力振動由水輪機水力部分的動水壓力的干擾造成的振動叫水力振動。引起水力振動主要是水力不平衡，尾水管中的水力不穩(wěn)定、渦列、偏離最優(yōu)工況下運行等。

2.2.1 尾水管中水力不穩(wěn)定

尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象，尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象，主要指尾水管中的水壓周期性的變化，壓力脈動作用于機組和基礎(chǔ)上，就引起振動、噪聲和出力波動，同時它對尾水管有相當(dāng)大的破壞作用。這種情況一般發(fā)生在非設(shè)計工況下，水流在尾水管進(jìn)口有一個圓周分量，形成旋流。當(dāng)此分量達(dá)一定值時，便在尾水管中出現(xiàn)渦帶，使尾水管的水流發(fā)生周期性的變化，引起水壓脈動和管壁振動。當(dāng)水輪機的自振頻率與壓力脈動頻率相同時，便發(fā)生共振，威脅水輪機組的運行，巖灘水電站運行時機組強烈振動，電站下游副廠房的窗戶玻璃也“沙沙”作響，就是尾水管渦帶與尾水體發(fā)生共振所致。降低尾水管渦帶措巖灘水輪機在導(dǎo)葉開度為40%～45%工況，尾水管渦帶壓力脈動幅值超過20%，最大時達(dá)36.9% ～43.9%，頻率為0.208～1.808倍轉(zhuǎn)頻。造成機組強烈振動，副廠房的窗戶玻璃都發(fā)出“沙沙”的響聲，是尾水管渦帶與尾水管水體發(fā)生共振所致。

預(yù)防和處理措施:優(yōu)化水力設(shè)計;機組運行中對渦帶區(qū)進(jìn)行適當(dāng)補氣，一般采用自然補氣，必要時也可強迫補氣。

2.2.2 卡門渦列

卡門渦列引起的振動。當(dāng)水流流經(jīng)非流線型障礙物時，在其后面尾流中分裂出一系列變態(tài)漩渦，即卡門渦列。這種渦列交替地作順時針或反時針方向旋轉(zhuǎn)。在其不斷形成與消失過程中，會在垂直于主流方向引起交變的振動力。當(dāng)卡門渦列的頻率與葉片固有頻率接近時，葉片動應(yīng)力急劇增大，有時發(fā)出響聲，甚至使葉片根部振裂。大朝山水輪機投運初期也因卡門渦造成了轉(zhuǎn)輪葉片的嚴(yán)重裂紋;丹江口固定導(dǎo)葉后的卡們渦曾引起導(dǎo)水機構(gòu)明顯振動，造成剪斷銷剪斷、連桿銷上爬;大朝山卡門渦共振時，水輪機室內(nèi)最高噪聲113dB。小浪底停機過程中，轉(zhuǎn)速降到約60% ～40%額定轉(zhuǎn)速時，葉片高階自振頻率與葉片攪動水流所產(chǎn)生的卡們渦頻率耦合，發(fā)出每轉(zhuǎn)一次的刺耳噪聲。

預(yù)防和處理措施:減薄葉片、固定導(dǎo)葉出水邊的厚度，提高卡門渦頻率，避開共振;設(shè)計時預(yù)測并錯開卡門列渦和繞流部件頻率。

2.2.3 過度過程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象

過渡過程不穩(wěn)定現(xiàn)象有啟動過程不穩(wěn)定現(xiàn)象、停機過程不穩(wěn)定現(xiàn)象、機組快速增加負(fù)荷過程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象、機組甩負(fù)荷過程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象。例如:水頭變化很大的小浪底水電站，為適應(yīng)如此大的水頭變幅，水輪機水力設(shè)計上采取了厚大葉片頭部，試運行的時候，經(jīng)過數(shù)次啟動，葉片出水邊與上冠相交處產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋，采取優(yōu)化導(dǎo)葉開啟規(guī)律、補入壓縮空氣等措施得以解決。小浪底水電站多泥沙，為延長葉片的使用壽命，出水邊厚度達(dá)到37mm。機組停機中，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的60～20%區(qū)域，葉片在水流中攪動產(chǎn)生渦，使葉片產(chǎn)生高頻動應(yīng)力，大軸每轉(zhuǎn)動一圈，水輪機就發(fā)出一聲刺耳的尖角。葉片出水邊削薄到7mm后，動應(yīng)力大幅降低，異常噪聲消失。機組快速增加負(fù)荷過程中也會產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，天荒坪水電站2號機組，當(dāng)增加負(fù)荷的時候，機組發(fā)生抬機現(xiàn)象，造成機組有一定的損壞。

預(yù)防和處理措施:對于上述過渡過程問題必須予以更廣泛的重視，確保水輪機組安全、穩(wěn)定運行。

2.2.1 偏離最優(yōu)工況

水輪機偏離最優(yōu)工況時，會產(chǎn)生葉道渦，葉片進(jìn)口的沖角增大。來流在設(shè)計水頭以上是正沖角，脫流發(fā)生在上冠葉片進(jìn)口的背面;來流在設(shè)計水頭以下是負(fù)沖角，脫流發(fā)生在上冠葉片進(jìn)口的正面。而葉道渦就起源于偏離最優(yōu)工況后上冠進(jìn)口處的脫流，從水輪機模型試驗觀察是從轉(zhuǎn)輪葉片間流出來的。隨著水輪機工況變化，當(dāng)2～3個葉片間同時開始出現(xiàn)可見的渦流，則認(rèn)為在該工況下發(fā)生了葉道渦。巴基斯坦一水電站水輪機在高水頭運行時發(fā)生過強烈振動和裂紋由葉道渦引起。巴西有兩個水電站的水輪機由ALSTOM公司供貨，投運不久轉(zhuǎn)輪即產(chǎn)生裂紋，對真機和模型進(jìn)行了補充試驗后證實，低水頭葉道渦引起了葉片上過大的動應(yīng)力，使轉(zhuǎn)輪裂紋生產(chǎn)。GE公司為龔嘴水電站改造的兩臺水輪機運行在部分負(fù)荷時，水輪機發(fā)生強烈的噪聲，后采用取強補氣的方法得以解決，經(jīng)過模型試驗復(fù)試后，認(rèn)為這種噪聲也可能來源于葉道渦。

預(yù)防和處理措施:從設(shè)計上優(yōu)化水輪機水力設(shè)計，優(yōu)化轉(zhuǎn)輪葉型;為避開高水頭葉道渦，水輪機最優(yōu)水頭應(yīng)該盡可能接近最高水頭;在水輪機頂蓋上預(yù)留壓縮空氣補氣，必要時補入壓縮空氣消除振動;機組避開機組的振動區(qū)，例如伊泰普水電站，即使被認(rèn)為水輪機穩(wěn)定性能較好，也規(guī)定了715MW的水輪機可在60%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)連續(xù)運行，30% ～60%低負(fù)荷區(qū)以及空載到10%～30%額定負(fù)荷范圍內(nèi)的運行總時間均不能超過機組運行總時間的3%，原則上不允許在10% ～30%額定負(fù)荷范圍內(nèi)運行，的確需要時，必須在導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪之間連續(xù)補入壓縮空氣才行。萬家寨、二灘、隔河巖、三峽等水電站，在現(xiàn)場試驗的基礎(chǔ)上，劃定了機組的安全運行范圍;小浪底水電站則嚴(yán)格按照合同規(guī)定的正常運行范圍內(nèi)運行。這些水電站采取劃分不同區(qū)域、避開振動區(qū)運行措施后，機組運行穩(wěn)定，基本沒有發(fā)生水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋和其他事故。

2.3 電氣原因

造成機組運行不穩(wěn)定的電氣原因主要有發(fā)電機三相不對稱運行、氣隙不均、發(fā)電機突然短路、定子鐵芯壓裝不緊等。

2.3.1 三相不對稱運行

發(fā)電機在運行時不可避免地會存在三相負(fù)荷不對稱的情況。此外，當(dāng)發(fā)電機定子單向接地、兩相間短路時也都會造成發(fā)電機定子三相負(fù)荷不對稱現(xiàn)象。此時，發(fā)電機三相繞組中的不平衡電流，會在三相繞組中產(chǎn)生負(fù)序電流，引起負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)負(fù)序磁場正對發(fā)電機縱軸時，由于氣隙較小，因此定、轉(zhuǎn)子間的作用力較大;反之，當(dāng)負(fù)序磁場正對發(fā)電機橫軸時，由于氣隙較大，定、轉(zhuǎn)子間的作用力較小。這樣負(fù)序磁場使定轉(zhuǎn)子間的作用力時大時小，從而造成定子機座和轉(zhuǎn)子的振動。其振動特性:振幅隨負(fù)荷增加而增大;定子鐵芯的振動呈駐波式橢圓振動;振幅與負(fù)序電流成正比。這樣現(xiàn)象可以采取設(shè)置阻尼繞組減弱負(fù)序電流。當(dāng)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子時，阻尼繞組因為電阻和漏電抗很小，又安裝在極靴表面，將會產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流而顯著地削弱負(fù)序磁場，從而減小負(fù)序電流;還有就是在電力系統(tǒng)的設(shè)計、運行上采取措施，減小負(fù)序電流。

預(yù)防和處理措施:發(fā)電機設(shè)置阻尼繞組減弱負(fù)序電流作用;在電力系統(tǒng)的設(shè)計、運行上采取措施，減少負(fù)序電流。

2.3.2 氣隙不均

氣隙不均一般有靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)氣隙不均:發(fā)電機定子或、轉(zhuǎn)子不圓，或者定子、轉(zhuǎn)子不同心，都可能造成發(fā)電機氣隙不均勻。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極固定良好、在運行中沒有竄動時。最小氣隙在空間的位置是固定的，此時的氣隙不均勻即為靜態(tài)氣隙不均。它導(dǎo)致發(fā)電機氣隙不均勻，在發(fā)電機定子上產(chǎn)生相對靜止的單邊磁拉力或周期性交變磁拉力，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生周期性交變拉力，從而引起發(fā)電機振動。主要特征:振幅隨勵磁電流增大而增大，隨發(fā)電機出力的增加而增大;振幅隨氣隙不均勻度的增大而增大;造成發(fā)電機導(dǎo)軸承過負(fù)荷，引起導(dǎo)軸承振動，并造成上機架振動。如銅街子1號發(fā)電機上導(dǎo)軸承經(jīng)一段時間運行后，擺渡逐漸增大，危機機組運行。起初懷疑因軸線不良或者上導(dǎo)軸承調(diào)整不當(dāng)，進(jìn)行了多次檢修，改進(jìn)結(jié)構(gòu)、精心調(diào)整，都沒有取得效果。后通過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)主要原因是靜態(tài)氣隙不均勻，處理好氣隙后，機組運行正常了。氣隙不均有兩種，如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極在運行中松動，或其他原因造成氣隙在運行中的不均勻，此時，氣隙的位置是旋轉(zhuǎn)的是動態(tài)氣隙不均;與靜態(tài)氣隙不均基本相同，但轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生轉(zhuǎn)頻振動是動態(tài)氣隙不均。例如:加拿大的曼昆機組曾發(fā)生過動態(tài)氣隙不均勻引起的機組振動，對磁極進(jìn)行加固處理后消除了動態(tài)氣隙不均勻，機組運行良好。

氣隙不均處理措施:適當(dāng)提高對定、轉(zhuǎn)子圓度和同心度的要求;增加上機架徑向支撐剛度;提高動平衡、靜平衡精度;提高制造和安裝的精度;避免發(fā)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極在運行中的松動。

2.3.3 發(fā)電機突然短路

發(fā)電機出口突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定子繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部相互間的作用力以及定子繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機突然短路還使轉(zhuǎn)子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種:一種是短路電流中使定子、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機組受到劇烈的振動，并給發(fā)電機部件帶來危害。發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地當(dāng)發(fā)電機在運行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點接地時，部分線匝短路，電阻降低，有較大的短路電流流過短路點，勵磁電流不正常的增大，發(fā)電機進(jìn)相多，引起磁場不平衡，造成發(fā)電機組強烈的振動。此外，非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會使發(fā)電機組產(chǎn)生電磁振動。例如:2001年巴西－巴拉圭的440kV線路發(fā)生短路，電網(wǎng)震蕩造成伊泰普電站18臺700 MW水輪發(fā)電機組中的13臺因產(chǎn)生劇烈扭振而被迫停機，使巴西－巴拉圭兩國大面積停電。其振動特性:突然發(fā)生;噪聲變化劇烈;振動形式為扭振。

預(yù)防和處理措施:對各種異常情況下的網(wǎng)機關(guān)系進(jìn)行分析，并進(jìn)行網(wǎng)機耦合仿真計算，根據(jù)分析、計算結(jié)果采取必要措施。

2.3.4 定子鐵芯裝壓不緊

如果發(fā)生發(fā)電機定子鐵芯的壓緊力不夠足，運行一段時間后，在電磁力的作用下，就可能出現(xiàn)鐵芯沖片松動。定子鐵芯松動通常發(fā)生在鐵芯齒部、端部和合縫處。如果在設(shè)計上，發(fā)電機鐵芯和機座做不到熱變形協(xié)調(diào)，即鐵芯熱膨脹受到定子機座的約束，則定子鐵芯就會產(chǎn)生瓢曲，發(fā)電機運行時，在電磁力作用下，鐵芯沖片的松動和鐵芯瓢曲都可能導(dǎo)致發(fā)電機的振動、噪聲和鐵芯溫度升高。國內(nèi)外多個水電站都曾發(fā)生過發(fā)電機定子鐵芯沖片松動及定子鐵芯瓢曲現(xiàn)象，程度不同地引起發(fā)電機的振動、噪聲還和鐵芯溫度的升高。漫灣水電站發(fā)電機就曾經(jīng)發(fā)生過，后來采取加大鐵芯壓力、重新壓緊鐵芯等措施，得以改善。其振動特性:振幅與勵磁電流大小有關(guān);伴隨產(chǎn)生明顯的電磁噪聲;上機架振動比較明顯。

預(yù)防和處理措施:提高定子鐵芯的整體性和剛度;綜合考慮發(fā)電機的定子鐵芯結(jié)構(gòu)、鐵芯長度以及電機運行后，由于各種因素因引起的定子鐵芯收縮等因素，合理選擇定子鐵芯壓緊力;鐵芯堆疊時，采用分段熱壓，保證加熱溫度、加熱時間和壓緊力;定子鐵芯和定子機座間可以采用浮動式徑向連接結(jié)構(gòu)，避免機組運行時兩者的熱膨脹差造成鐵芯瓢曲。

3 結(jié)語

水輪發(fā)電機組運行時，必然會產(chǎn)生振動，在掌握各種振動特征的基礎(chǔ)上，針對機組的實際振動狀態(tài)，科學(xué)的方法，逐一排除疑點，縮小故障原因的范圍，以期待盡快得到正確的診斷結(jié)果，盡早處理，防止故障的進(jìn)一步擴大，避免重大事故的出現(xiàn)，保障水輪機的安全、穩(wěn)定運行。

［1］張海洋.陳麗蓉.水輪機組異常震動原因分析［J］.電力信息科技，2009，12.

［2］黃源芳.劉光寧.樊世英.原型水輪機運行研究.中國電力出版社，2010.4

［3］劉國梁.水輪機異常震動故障的排除［J］.中國電力資訊，2009，11.

［4］張曉龍.常見水輪機異常震動特點分析及其故障排除［J］.水電信息科技，2010，4.

［5］樊世英.混流式水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋原因分析及預(yù)防措施［J］.水力發(fā)電.2002.(5).

［6］唐搏進(jìn)，吳穹，杜建國等.大型水輪發(fā)電機定子繞組諧波及其力波分析［J］.大電機技術(shù).2011(5)

［7］賀建華，陳昌林，鐸林等.三峽右岸15－18號發(fā)電機振動及噪聲優(yōu)化改進(jìn)［J］.大電機技術(shù).2010(1)