水電站水輪發電機組機功率不足及解決途徑--水輪機|水輪機廠|電機|電機維修|水輪發電機|水輪發電機維修|修理電機|水輪機制造|水利發電設備|水輪機轉輪|水輪發電機|水輪發電機組||水輪機調速器|混流式水輪機|沖擊式水輪機|軸流式水輪機|斜擊式水輪機|小型水輪機|水輪機修理|水輪機維修|-峨眉山建南水電設備制造有限公司

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      水電站水輪發電機組機功率不足及解決途徑

      水電站水輪發電機組機功率不足及解決途徑
      水輪機功率不足是指水輪機功率達不到運行水頭下的保證功率。
      一、 機組功率不足的主要原因:
      引起水輪機功率不足或功率下降的原因,既有水力方面的,也有機械方面;既有設計制造方面的也有安裝、運行管理方面的。
      1、 機組進水口攔污柵被堵,且面積大,導致進水口的水力損失增大,過流面積減小,導致過流量均下降。
      2、 引水管渠因周壁長了雜草、吸附有貝類微生物或嚴重結圬,水力損失增大,過流面積減小,導致過流量減小。
      3、 小型混流式水輪機轉輪的流道狹窄且扭曲,易被碎石、雜物堵塞,影響水輪機功率。攔污柵間隔過大時,雜物容易隨水流進入轉輪;引水管渠有碎石、雜物掉落,也會堵塞轉輪流道。
      4、 水輪機過流部件因泥沙磨損、空蝕破壞或檢修后翼型形狀發生了變化等原因,水力損失增大,水輪機過流量減小,導致水輪機功率下降。
      5、 尾水管出口的淹沒深度不夠,使轉輪過流能力下降,造成水輪機功率下降。
      6、 沖擊式水輪機轉輪的安裝高度不夠,使轉輪與下游尾水位之間沒有足夠的通氣高度,造成機組功率下降。
      7、 機組主要零部件自然老化,承載能力下降,使機組發不出額定功率。據國外資料報道,水輪機主要零部件的自然老化,將導致水輪機效率降低2%-3%。
      二、 解決途徑
      1、 發電機增容
      由水輪機運轉綜合特性曲線知,當運行水頭高于設計水頭時,水輪機功率主要受發電機容量的限制,并且此時的導葉開度未達到最大開度,若發電機有增容潛力,且水輪機氣蝕性能、結構強度和機組調保計算等滿足要求,則當運行水頭高于設計水頭時,可通過開大導葉來提高水輪機功率,增加機組功率。
      2、 改造現有轉輪
      通過對現有轉輪修型,可以提高水輪機的過流能力,從而增大機組功率。改造后,轉輪的空化、空蝕性能需通過模型試驗驗證。
      3、 更換轉輪
      近十幾年來,通過采用計算流體力學技術,有效地提高了水輪機的功率。新轉輪可采用與原電站轉輪不同的葉片數和葉片形狀。
      第二節 水輪機抬機事故
      抬機事故在低水頭、有較長尾水管的軸流式或斜流式水輪機中比較常見。抬機高度受轉輪與頂蓋之間的軸向間隙限制。抬機事故嚴重時會導致轉輪葉片斷裂,頂蓋、推力軸承損壞,風扇斷裂而引起發電機燒損的惡性事故。
      一、 抬機原因
      1、 當水輪機進入水力制動工況或水泵工況,向上的軸向水推力大于機組轉動部分的總重量時,將發生抬機事故。這種情況不僅在機組甩負荷過程出現,而且在自動停機及由發電轉入調相等過程中也會發生。
      2、 當尾水管出現反水錘現象,作用于轉輪出口處的瞬時總水壓大于機組轉動部分的總重量時,將發生抬機事故。這種一般只在水輪機吸出高度為負值,機組甩負荷過程中接力器關閉規律不佳,空氣閥補氣無效時才會發生。
      二、防止發生抬機事故的方法和措施
      1、在甩負荷過程中發生抬機事故(包含尾水管反水錘引起的抬機事故)時;選擇合理的導水機構關閉規律;通過性能良好的真空補氣閥向轉輪區域大量通入空氣。
      2、由空載工況轉調相運行發生抬機事故時;向轉輪區域補氣。
      3、從機組結構上考慮;安裝防止機組轉動部分上抬的反推力軸承。
      第三節  機組軸承引起的故障及處理
      軸承是水輪發電機組的關鍵性結構部件,其運行性能的優劣,直接影響機組運行可靠性的高低。軸承事故率在機組運行事故中占有較大的比重。究其原因,除了設計、制造質量水平低外,多數是由于檢修、運行經驗不足,處理調整不當造成的。
      一、 發電機軸承甩油及處理。
      發電機軸承甩油分內甩油、外甩油兩種情況,內甩油是潤滑油從推力頭(或導軸承軸頸)與擋油筒間的間隙甩向發電機內部,而外甩油是潤滑從推力頭與蓋板間的密封處甩向外部。
      1、 內甩油
      內甩油的原因:
      (1) 機組運行時,轉子旋轉鼓風,使推力頭(或導軸頸)內下側至油面之間容易形成局部負壓,將油面吸高,涌溢并甩濺到電機內部,形成內甩油;
      (2) 擋油筒與推力頭(或導軸頸)內圓壁之間,因制造、安裝的原因,存在不同程度的偏心,使設備之間的油環很不均勻。當這種間隙設計較小時,則相對偏心率就大,這樣當推力頭(或導軸頸)內壁帶支其周圍的靜油旋轉時,起著近似于偏心油泵的作用,使油環產生較大的壓力脈動,并向上竄油,越過擋油筒甩濺到發電機內部。
      處理方法:
      (1) 阻擋法。
      第一種在推力頭內加裝風扇。風扇葉片可焊在正常油面以上,當推力頭旋轉時,風扇產生風壓阻止油面的升高;也可將風扇葉片焊在正常油面之下或鏡板內側,葉片浸入油中,旋轉時可把油面往下壓,從而阻止油面的升高。
      第二種在推力頭(或導軸承頸)內壁加裝擋油圈。擋油圈有兩種形式;一種是封閉式的,擋油圈與擋油筒之間間隙很??;另一種是開放式的,擋油圈與擋油筒之間間隙較大。
      第三種在推力頭(或導軸承頸)內壁開阻尼溝槽。溝槽斜面向下,可使上涌油流在溝槽中沿斜面下流。
      第四種是加裝梳齒迷宮,增大甩油阻力。部分通過第一、二道梳齒的油流,被聚積在梳齒油筒中,并從筒底小孔流回油槽。
      (2) 疏通法。
      第一種是加大推力頭(或導軸承軸頸)與擋油筒之間的間隙,減小相對偏心率,降低油環的壓力脈動值,保持油面的平衡,從而防止油的飛濺上竄。
      第二種是加裝穩流擋油管。穩流擋油管與旋轉件間隙較小,以增大內甩油阻力。部分甩出來的油,由穩流擋油管與擋油向之間的空隙流回到油槽中去。
      2、 外甩油。
      外甩油的原因:
      (1)、機組運行時,推力頭和鏡板外壁帶動粘滯的靜油運動,使油面因離心力作用向油槽外壁涌高、飛濺,易使油珠或油霧從油槽蓋板縫隙處逸出,形成外甩油。
      (2)、隨著軸承溫度的升高,使油槽內的油和空氣體積膨脹,產生內壓。在內壓作用下,油槽內的油霧隨氣體從蓋板縫隙處逸出。
      外甩油的處理:
      (1)、加強密封性能。在主軸與蓋板之間設迷宮槽,槽內裝有羊毛氈。
      (2)、在推力頭(或導軸承軸頸)的外側加裝擋油圈,以削弱油流離心力的能量,使油面趨于平穩。但應注意不得影響油的循環冷卻。
      (3)、在油槽蓋板上加裝氣窗裝置(呼吸器),使油槽液面與大氣連通,以平衡內壓力。
      (4)、合理選擇油位,油面不得過高。內循環推力軸承的正常靜止油面不應高于鏡板上平面,導軸承正常靜止油面不應高于導軸瓦的中心。若推力瓦與導軸瓦處于同一油槽中,則油位應符合兩者中高油位的要求。
      二、推力軸承的主要故障及處理。
      1、軸承鏡板鏡面粗糙度增加
      原因:自然老化、潤滑油中含有雜質,如硬質微粒、水等。
      不良后果:①推力瓦面摩擦系數增加,瓦溫升高,機組啟動和停機困難;②先在推力瓦合金面上出現連點,然后出現連續的磨損帶,磨損帶隨著機組啟、停次數的增加而增大,若不及時處理,將使推力瓦的鎢金熔化,導致推力瓦損壞。
      特征:相同季節推力瓦溫度比以前明顯增高;機組啟動和停機時推力軸承中有扎扎聲響。
      檢測方法:①檢查推力瓦瓦溫;②檢查機組啟動和停機時推力軸承中所發出的響聲;③察看推力瓦瓦面,或使用專用量具或樣板來測量;④通過測量機組啟動摩擦系數來確定鏡面粗糙度的變化情況。
      修復方法:按擬定的工藝對鏡板鏡面進行超級精磨或研磨、降低鏡面粗糙度。對傘式機組可采用自動機床,對懸式機組可用簡單的設備。
      2、鏡板鏡面宏觀不平度增大
      推力軸承鏡板鏡面宏觀不平度是由鏡面上的凹凸不平部分引起的,這些凹凸部分沿機組旋轉方向分布。轉子旋轉時,由于有凹凸部分,軸瓦將承受周期性變化的負載。
      原因:(1)結構上的缺陷。例如,推力頭底部過薄,在載荷作用下產生撓曲,使得固定在推力頭底部的鏡板出現凹凸不平。
      (2)、推力頭熱套在軸上時產生了殘余變形,導致起鏡板固定在推力頭底部后出現不平;(3)安裝時或安裝出現的鏡板殘余變形;(4)安裝在鏡板與推力頭之間的墊板損壞。
      3、推力瓦載荷分布不均勻。
      原因:
      (1) 因調整方法或監測方法不完善而導致初始調整不好,或鏡板面存在著較大的不平度;(2)因制造不合質量要求而引起的支持螺栓頭部擠壓數值的差異。(3)支持盤與支持螺栓頭部接觸的地方凹坑數值的差異;(4)個別支持螺栓螺紋擠壓;(5)在支持盤上或雙排推力軸承的平衡桿上出現裂紋,使其強度急劇降低;(6)部分與支持螺栓相配合的墊板損壞。
      后果:將引起個別瓦的過載,惡化這些推力瓦的工作條件,特別是在機組啟動和停機時。推力瓦載荷分布不均勻時,首先在過載推力瓦的工作面上出現磨損,然后在其他瓦的工作面上也出現磨損。如果不及時采取措施,將會導致推力瓦工作面熔化而失去作用。
      4、液壓支柱式推力軸承彈性油箱失去密封。
      原因:(1)推力軸承的脈動值增高。脈動值增高(因鏡板鏡面的不平度、鏡板鏡面與發電機軸線不垂直或因作用于水輪機轉輪的水流壓力波動所至)可以逐漸地使逆止閥中的鎖錠球壓緊程度減弱,從而使油從彈性油箱滲漏出來。脈動值增高也可能使彈性油箱壁出現裂紋。(2)推力軸承的制造缺陷。制造缺陷易使彈性油箱出現裂紋,失去密封性,使支持系統下沉,也使整個發電機轉子下降。
      后果:(1)推力軸承由能自動調節瓦間負荷的液壓式推力軸承變為剛性支柱式推力軸承,推力瓦上載荷的不均勻度增大,使過載瓦的工作條件急劇惡化。(2)若發電機轉子下沉6-9mm,會引起主軸端部橡膠密封的損壞及水潤滑的水導軸承的損壞,導致大量的水泄漏到水輪機頂蓋。(3)在混流式水輪機中,當發電機轉子下沉6-9mm時,可能會使迷宮式密封損壞。
      5、推力頭松動。
      推力頭須具有足夠的強度、剛度以及一定的沖擊韌性,與軸頸配合的不允許有任何的松動產生。但檢修和運行所帶來的磨損破壞,往往使配合間隙逐漸增大而產生松動。推力頭松動后將嚴重威脅機組運行的穩定性。
      6、推力軸承托瓦與瓦架凸臺相碰。
      若軸承托瓦與瓦架凸相碰,推力瓦便會失去靈活性,推力瓦與鏡板之間也不易形成動壓油膜,使推力瓦易遭受磨損,從而導致瓦溫急劇上升,甚至燒瓦。
      7、 推力瓦變形。
      若推力瓦發生機械變形或熱變形,會使瓦中央向上凸起,油膜厚度減薄,瓦溫升高,甚至瓦中央嚴重擦傷或熔化。
      8、 推力瓦偏心率偏大或偏小。推力瓦偏心率大小直接影響到油膜的形成及油膜的厚度,若偏心率不合適,也會造成瓦溫高或燒瓦事故。
      9、 推力瓦托盤斷裂。若機組長時間在振動區域運行,加上推力頭與鏡板之間的組合螺栓未緊固,或組合螺栓雖巳緊固,但螺帽與銷釘沒有鎖緊固定,則有可能發生推力瓦托盤斷裂事故。
      10、 推力軸承熱態啟動。機組正常停機后一段時間內,潤滑油溫度較高且黏度低,推力瓦溫度且有熱變形,此時難以形成軸承正常運轉所需的油膜厚度,因此一般不允許機組在熱態下再次啟動。
      三、 導軸承的主要故障及處理。
      一些中小型水電站,由于機組制造、安裝和運行管理方面的原因,導軸承容易出現甩油、溫升過高、軸瓦溫度不穩定及燒瓦等問題。
      引起導軸承溫升過高、瓦溫不穩定或燒瓦的原因主要有以下幾點。
      1、 發電機導軸承的軸頸與軸瓦間隙增大。
      間隙增大可能使軸頸與軸瓦間的油膜在短時間內遭受破壞或產生干摩擦,導致軸承溫度急劇上升。如不及時采取措施,軸瓦表面合金就可能熔化,或機組因導軸承過熱保護動作而發生事故性性停機。
      機組機械、電氣不平衡會加大機組支座振動。因此,一旦發現機組支座有明顯振動時,應及時檢查引起機組支座振動的原因,并加以消除,從而防止軸頸與軸瓦間隙的增大。另外,要定期檢查、調整軸瓦間隙。
      2、 軸承結構缺陷、油循環不良。
      3、 通過軸頸與軸瓦間的潤滑油過多或過少。
      通過軸頸與軸瓦間的潤滑油流量過大或過少,也有可能造成軸瓦溫升過高。潤滑油流量太小,不能及時帶走軸頸與軸瓦間的摩擦熱量;而潤滑油流量過大,雖加快了油的循環速度,但熱油未得到充分冷卻就進入了回油管并流入軸頸與軸瓦間。
      4、 發電機定、轉子間隙不均勻。
      機組因安裝缺陷、字轉子磁極松動等原因,使發電機定、轉子間隙不均勻,也會導致發電機導軸承瓦溫升高。原因是發電機定、轉子間隙不均勻就會產生不對稱磁拉力。不對稱磁拉力一方面會加劇機組振動,另一方面會使導軸承部分軸瓦過載,引起瓦溫急劇上升。
      5、 軸承電流。
      水輪發電機組在運行過程中,有時在導軸承的軸頸與軸瓦間、推力軸承的鏡板和推力瓦間會有電流通過,該電流即為軸承電流(簡稱軸電流)。當軸電流通過摩擦部分時,易產生電弧火花,使瓦溫上升,引起摩擦表面燒損,造成事故。
      軸電流產生的原因:
      (1) 單極發電機效應(簡稱“單極效應”)引起的軸電流。若水輪發電機的主軸或裝在主軸上的導軸頸、推力頭等被磁化,當磁力線被切割時,將形成電流回路。
      (2) 軸電壓引起的軸承電流。與水輪發電機主軸相交鏈的交變磁通,會引起沿發電機主軸的電熱(軸電壓)。該軸電壓形成的電流,也可以經推力軸承、機架、定子機座和導軸承構成閉合回路。軸電壓產生的原因有三個:一是定子鐵芯合縫修引起的、與主軸交鏈的交變磁通;二是多極發電機定子引線定子繞組短路或接地產生磁路不對稱,引起軸電壓;三是靜電效應引起軸電壓。
      防止產生軸電流的措施有:
      (1) 設計、安裝和檢修機組時盡可能避免產生軸向磁通及磁通不對稱;
      (2) 推力軸承座與油槽之間、導軸瓦背面、托板均應設置絕緣,這些剖件上的螺釘或銷釘也應是絕緣的;
      (3) 對傘式機組,上導軸承必須對地絕緣;對懸式機組,上導軸承和推力軸承都必須對地絕緣
      (4) 軸瓦的埋入式測溫計必須對地絕緣。
      造成導軸承過熱、溫升過高甚至燒瓦的原因還有:潤滑油標號不符、潤滑油變質、刮瓦質量差、冷卻器部分受堵和冷卻器容量不夠等。
      第四節 水力機組振動
      機械設備在運行過程中都會出現振動,水力機組也經常由于機械、水力和電氣等方面的原因產生振動。振動將影響水力機組的正常運行,并降低機組的使用壽命,甚至危及人員的安全;當引起廠房、壓力管道的共振和機組功率波動時,機組則無法正常運行。
      水力機組的振動與一般動力機械的振動有的不同,除需考慮轉動部分的旋轉和固定部分的振動外,還要考慮電磁力,以及作用于水電站引水系統、水輪機過流部件的流體壓力對機組振動的影響。引起機組振動的水力、機械、電氣三方面因素是相互影響的。例如,當水力因素引起機組轉動部分振動時,會導發電機轉子和定子之間的空氣間隙不均勻,由此產生不對稱磁拉力,而不對稱磁拉力又會加劇或阻尼機組轉動部分的振動,轉動部分的運行狀況發生變化后,又要對水輪機制內部流態產生影響。因此,水力機組的振動是水力、機械、電氣的耦合振動。
      一、 機組振動分類:
      根據引起水力機組振動的原因,可將機組振動分為以下三類:
      1、 機械振動。由機組轉動部分靜不平衡、軸線曲折、機組轉動部件與固定部件發生摩擦或相碰、軸承間隙過大或緊固螺栓產生松動等機械方面的原因引起。
      2、 水力振動。
      (1)水流流經水輪機的蝸殼、導葉時,由于設計、制造方面的缺陷或因工況(來流條件)的變化,水流變得不均勻,并在轉輪上產生不對稱的作用力矩,從而引起轉輪振動。如由導葉數和轉輪葉片數不匹配、導葉和轉輪葉片開口不均勻、導葉和轉輪之間距離過小、轉輪止漏環間隙不均勻或梳齒結構型式不合適、尾水管偏心渦帶、導葉或轉輪葉片尾部出現卡門渦列等水力方面的原因所引起。
      (2)轉輪葉片脫流引起的振動。機組在低水頭或高水頭運行時,由于偏離高效率區運行,轉輪葉片進口或出口邊附近常出現脫流,脫流將產生無規律的脈動壓力和噪聲,在某些工況下,脫流也可能引起周期性的交變力而形成有規律的振動和噪聲。
      (3)渦列引起的水輪機葉片和導葉振動。
      3、 電氣振動。由發電機轉子不圓、勵磁繞組匝間短路、定轉子磁場軸心不重合、定子鐵芯裝壓不緊、分瓣機座合縫處鐵芯間隙大、定子和轉子間間隙不均勻、轉子旋轉時產生不平衡磁拉力等電氣方面的原因所引起。
      二、機組振動的現象和危害。
      1、機組振動的現象。對水輪發電機組而言,在勻速旋轉之外的任何周期性運動都是附加的振動。從方向上區分,機組的振動可有三種:
      (1)軸向振動,也稱為縱向振動。立式機組表現為上下跳動;臥式機組表現為前后串動。
      (2)徑向振動,也稱為橫向振動。表現為在垂直于軸線的方向上搖擺。
      (3)繞軸線的扭轉振動,表現為旋轉不均勻、機組角速度周期性地加大和減小。
      2、振動的影響及危害。
      上述三個方向的振動可能同時發生,也可能以某一種為主,但都是額外的周期性運動。對水輪發電機組而言,除了要消耗一部分功率使機組效率降低以外,還會帶來一系列不利的影響,甚至會危及正常運行和機組的安全。
      (1) 機組的轉動部分和軸承受周期性交變力的作用,造成螺栓松動、焊縫開裂,甚至使主軸因材料疲勞而損壞。
      (2) 機組固定部分的軸承、機架、地腳螺栓、連接螺栓等會因振動而變形、松動。
      (3) 機組輸出的頻率和波形會因振動而變化,降低供電的質量。
      (4) 嚴重的振動還會破壞機組運行的穩定性,致使機組無法運行。
      (二)、引起機組振動的原因
      造成水輪發電機組振動的原因是多方面的,非常復雜的。同一臺機組可能有多種原因共同影響;而相同的原因在不同機組上的表現又可能不同。要分析機組振動的主要原因,必須將各種因素歸類,掌握各類原因的基本特征和主要表現。一般情況下可從以下三方面去分析:
      1、 水力原因
      水輪機是機組轉動的動力來源,它工作不穩定必然影響整個機組。水輪機及通過的水流方面,常見的主要問題有:
      (1) 轉輪四周水力不平衡?;炝魇睫D輪上、下止漏環間隙不均勻;軸流式轉輪與轉輪室之間的間隙不均勻,必然使轉輪受橫向力作用而擺動。
      混凝土蝸殼的包角太小,斷面設計不合理;活動導葉開度不均勻,都會使轉輪四周的進水不均勻。有的電站在試運行期間還發生過導葉被異物堵塞,因而引起機組劇烈振動的現象。
      (2) 反擊型水輪發生空腔氣蝕。機組空載或低負荷運行時容易發生空腔氣蝕,轉輪室及尾水管發出明顯的金屬敲擊聲,尾水管真空度很大而且不穩定,機組的振動幅度大,但頻率較低。水輪機如果超出它的限制出力運行,可能引起更嚴重的空腔氣蝕。
      (3) 導葉或輪葉產生不穩定的渦流。在一定條件下,導葉或輪葉的后面會產生一系列不穩定的渦流,稱為“卡門渦列”。它們使導葉或輪葉受力不穩定而形成振動,當這種振動引起機組共振時,就會表現出強烈的振動現象。這通常因機組而異,而且只在某個出力的附近發生。
      (4) 高水頭長輸水管道的機組,在負荷變化時可能因水錘現象而造成振動。此時壓力管道內壓力上下波動,水輪機工作水頭不穩定,機組因而在一段時間內振動。
      2、 電氣原因。
      發電機、電網和電能用戶是機組的負載,它們消耗功率的不穩定也必然影響機組,常見問題有:
      (1) 發電機氣隙不均勻,發電機定、轉子之間的空氣間隙不對稱以及定子繞組不對稱。
      (2) 勵磁系統工作不穩定。此時機組輸出的電壓、電流有周期性變化。
      (3) 轉子線圈短路時引起的作用力。
      (4) 三相負荷不平衡,發電機在不對稱工況下運行時產生的作用力。(不平衡力不僅引起機組轉動部分的振動,而且還會激起發電機定子、上機架等固定部分的振動。)
      (5) 定子鐵芯松動。
      (6) 電力系統發生波動。這往往是短時間的,但可能比較劇烈。
      3、 機械原因
      機組制造或安裝不良引起機組振動,而這正是人們在機組起動試運行階段最關心的問題。一旦發現機械振動,就須查明具體問題并盡力消除。常見的主要問題有:
      (1) 轉動部分靜不平衡。機組的轉動部分包括轉輪、主軸和發電機轉子,如果組合成整體但重心不在旋轉軸線上,這就是靜不平衡。機組運行時,轉動部分將受離心力作用,軸線可能彎成弧形而造成“弓狀回旋”。
      (2) 轉動部分動不平衡。動不平衡是由質量分布不當造成的。以發電機的轉子為例,假設轉子的重心是在軸線上,滿足了靜平衡的要求,但它的質量分布不對稱,分開來看,左側的重心偏高、右側的重心偏低,當它旋轉時,左、右側都受離心力作用,但大小相等,方向相反,作用于兩條線上,構成了一個離心力偶。轉動部分在旋轉的同時必然左右搖擺,也即是產生“振擺”現象。弓關回旋和振擺在原因上不相同,但所引起的振動現象很難區分,而且都隨轉速的升高而加強。
      (3) 機組軸線缺陷。機組的軸線成折線;立式機組的軸線不垂直;臥式機組的軸線不水平,這些都會引起振動。
      (4) 軸承缺陷。推力軸瓦受力不均勻;導軸瓦間隙不均勻;軸瓦及螺栓松動;軸承潤滑和冷卻不良等也都會造成振動。
      (5) 調速器調試不良。調速器如果不穩定,會使導葉開度來回變化,機組也就不可能平衡地運行。
      (三)、關于振動原因的分析方法
      如前所述,引起機組振動的原因各式各樣,振動的現象也千差萬別,但其中總有基本的規律。為了找出一臺機組發生振動的主要并加以消除,通??梢杂梢韵聨追矫嬷诌M行分析:
      1、 測量和分析振動的頻率
      振動的頻率應該用測振儀測量,但須在不同部位和不同方向上測量,以求全面掌握機組的振動情況。經驗豐富的人憑感覺可以有一定程度的區分,但不可能十分準確。
      一般說來,不同原因引起的振動在頻率上是有區別的,如:
      (1) 水力振動的頻率一般較低,常為機組轉動頻率的1/6—1/2,或者更低。
      (2) 電氣振動的頻率常等于機組的轉動頻率。
      (3) 機械振動的頻率可能就是機組的轉動頻率。但由某些部件引起的振動,其頻率往往是轉動頻率的若干倍。
      2、 掌握振幅與機組運行參數的關系
      機組振動的幅度,尤其是振動嚴重部位的振幅,往往隨某些運行參數變化。如:
      (1) 水力振動往往與出力相關,在機組低負荷運行時嚴重:或在某個出力附近嚴重;或者振動隨出力增加而加大。
      (2) 電氣振動常隨發電機電流情況變化,電流加大振動加劇,而不勵磁時振動就明顯減小。
      (3) 機械振動可能隨轉速變化,也可能隨出力變化、轉速及出力加大時振動嚴重。
      3、 要在試驗中查找和消除主要的振動原因。
      由以上內容不難看出,查找振動原因的工作應該結合試驗進行。要不斷改變機組的運行狀態或工作參數,有意地排除某些原因,突出另一些原因。這樣反復試驗和比較,直到找出引起該機組振動的主要原因,從而采取相應措施去減輕機組振動。
      三、 振動測量
      (一)、測振部位和測振點
      1、立式機組測振點:
      (1)承重機架的垂直和水平振動,包括機組上、下機架和推力軸承支架的振動;
      (2)上、下導軸承的水平振動;
      (3)水導軸承的水平、垂直振動;
      (4)頂蓋或支持蓋的垂直振動;
      (5)發電機定子外殼的水平、垂直振動。
      2、臥式機組的測振點
      (1)徑向推力軸承的軸向和徑向振動;
      (2)徑向軸承的徑向振動;
      (3)定子外殼的徑向振動;
      (4)蝸殼的軸向和徑向振動。
      (二)由振動試驗判別振動原因
      1、轉速試驗
      啟動機組,在轉速n=25%--100%內取5—7個轉速,測量機組各部位(如上機架、上導軸承、下導軸承、法蘭、水導軸承和頂蓋等)的振幅(或擺度)和頻率,再繪制各部位的機組轉速n與振動(或擺度)雙振幅的關系曲線圖,根據巳繪制的關系曲線可進行振動判別:
      (1) 若機組在60%--100%轉速范圍運行時,振幅一直很大,振幅對轉速的變化不靈敏,且振動頻率與機組轉動頻率接近或一致時,則機組振動的可能由以下原因引起 :軸線曲折、導軸承與主軸不同心、主軸轉動部分與固定部件有碰撞或摩擦等。
      處理措施:重新盤車,調軸承中心。
      (2) 若振幅隨機組轉速增高而加大,大小約與轉速平方成正比,且振動頻率與轉速頻率接近一致時,則引起機組振動的原因可能是轉動部件動(靜)不平衡。
      處理措施:作動(靜)平衡試驗,加配重塊。
      2、勵磁試驗
      在額定轉速下機組加勵磁,改變勵磁電流的大小,同時測量各部位振幅,并繪制振幅與勵磁電流的關系曲線。
      若振幅隨勵磁電流增大而增大,則磁拉力不平衡是引起機組振動的主要原因,需作進一步檢查:發電機空氣間隙是否均勻,磁極線圈有無匝間短路,磁極背部與磁軛間是否出現了第二氣隙等等,并作相應處理。
      3、帶負荷、調相試驗。
      測量機組在各種負荷情況下的振幅、導葉接力器的行程,并繪制負荷與振幅的關系曲線。
      若振幅隨負荷或接力器開度增減而增減,且水輪機導軸承處的振幅變化比發電機上導軸承處振幅變化敏感,而在調相運行時振幅又大幅度降低,則水力不平衡是引起機組振動的主要原因。應檢查水輪機過流部件內是否被雜物堵塞,導葉、葉片進水邊開口是否一致,轉輪迷宮間隙是否均勻等,并作相應處理。
      4、 補氣試驗。
      尾水管偏心渦帶引起的低頻壓力脈動與機組運行工況有關。一般當導葉開度32%
      若機組相同工況補氣前后,各部位擺度或振幅有明顯差別,則說明機組振動主要是由尾水管偏心渦帶產生的低頻壓力脈動所引起的。
      (三)、以振動部位判別振動原因
      1、機組上機架振動突然加大可能是推力軸承、上導軸承的缺陷、故障,或機組軸線不垂直和機組中心發生變化等原因引起的。
      2、導葉、轉輪開口不均勻引起的水力不平衡可能導致水導軸承的振動加大。
      3、壓力鋼管、尾水管振動和蝸殼水壓波動可能是轉輪葉片邊產生渦列、尾水管渦帶等原因引起的。
      因機組振動是多方面因素引起的,也是多種振動組成而成的,因此在對機組作振動原因分析時,應先將可能引起機組振動的原因全部列出,再逐個排除,直至找到原因。
      例某地方電站2號機自并網發電后,機組發生劇烈振動并伴有較大噪聲,蝸殼和前導軸承的振動尤為為明顯,蝸殼中還伴有撞擊聲。
      引起2號機組振動的原因可能是:
      (1) 安裝缺陷
      (2) 機組基礎松動
      (3) 機組轉動部分機械不平衡
      (4) 水力因素
      振動原因分析過程:
      (1) 經檢查、測量,認為安裝全符要求。
      (2) 設計、施工資料證明,機組基礎重量足夠,聯結緊密。
      (3) 打開蝸殼、卸下轉輪,發現轉輪下環邊緣與蝸殼有嚴重磨損,懷疑是轉輪偏心導致在高速運轉時產生了碰撞振動。將1號、2號機組的轉輪調換后發現1號機組運轉正常,而2號機仍有較大振動。
      (4) 后改變負荷,當負荷降到64%額定負荷時,機組振動明顯減弱,說明機組振動與運行工況有關。機組振動可能是尾水管渦帶引起的,電站先采取了抬高尾水位的方法,當尾水抬高到70cm后,機組振動和噪聲立即消失。但該方法造成了水頭損失和尾水渠過水斷面減小,后采用了在尾水管 彎頭進口加焊脅板和拆除尾水渠攔水閘門等措施,也達到了消除機組振動的目的
      第五節   水輪發電機故障分析
      發電機的故障主要集中在定子上,而多數是由于絕緣和匝間絕緣引起的。發電機定子故障主要是由于定子線圈結頭結構不良、定子鐵芯松動、端部和梢部固定結構不合理、通風不好、機械磨損、內部游離放電和銅線斷股等原因所造成。

      二、發電機轉子故障主要有轉子接地與匝間短路、轉子滑環和刷握絕緣擊穿、電刷冒火花及轉子滑環燃燒、轉子在過速試驗或飛逸工況下產生永久性有害變形或轉子整體結構遭到嚴重破壞等。

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