水電站水輪發(fā)電機組振動問題研究和處理措施

1、水電站水輪發(fā)電機組振動問題研究和處理措施【摘要】本文通過分析水電站水輪機組振動危害及 其產(chǎn)生原因，提出了相關防治方法，采取限制流量降低汽蝕、 尾管補氣、加強軸承檢測及修復過流部件的措施來進行綜合 處理，解決了振動過大、轉動部件易磨損、發(fā)電效率不高等 問題，使機組穩(wěn)定性得到了很大的提高，保證了機組安全發(fā) 電的運行?！娟P鍵詞】水輪機；發(fā)電；避振措施；維護修復振動對于水輪發(fā)電機組是極其嚴重的危害，它不但降低 機組的工作效率，影響機組安全運作，還會加快損壞機組部 件，導致事故的發(fā)生。由于水輪發(fā)電機組在運行中產(chǎn)生振動 現(xiàn)象是不可避免的，所以如何解決處理發(fā)電機組振動故障是 水電站必須面對的問題，下面通過對

2、機組振動現(xiàn)象及其危害 性的分析，討論如何處理及預防水輪機振動。1工程概況某水電站位于廣東肇慶，由一、二級電站組成。電站工 程由大壩、壓力引水隧洞、調(diào)壓井、高壓埋管、發(fā)電廠房、 升壓站及附屬建筑物組成。一級水電站主要配合干渠引水發(fā) 電，容量2x1250kw,水輪機型號為hl123-lj-120,額定水 頭17.5m,單機額定流量7. 5m3/so二級電站為引水式，容量lx2000kw,水輪機型號為 hl220-wj-84,額定水頭46.6m,額定流量5. 39m3/s。該機 組在調(diào)試期間出現(xiàn)了不同程度的振動問題。通過詳細析機組 振動故障的原因，并制定了調(diào)整處理方案，經(jīng)治理后徹底消 除了該機組的振

3、動故障。2機組振動分析2. 1機組振動的危害性對水輪發(fā)電機組而言，振動是旋轉機械不可避免的現(xiàn) 象。振動除了使機組效率降低，還會帶來一系列危害，甚至 會威脅機組的正常運行和安全，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）機組振動會造成某些部件的有害彈性變形和塑性變 形，使一些零部件材料發(fā)生疲勞、裂紋及斷裂，引起機組零 部件金屬焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴大，使之發(fā)生裂紋甚 至斷裂損壞而報廢。2）振動使機組各部位緊固連接部件松動，導致這些緊 固件本身的斷裂，加劇其連接部分的振動，促使它們迅速損 壞。3）振動加重機組轉動部件之間的相互磨損。4）尾水管中的水流脈動壓力可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫， 嚴重的可使整塊鋼板剝落。5

4、）振動導致機組出力不足，運行范圍縮小，壽命縮短。6）振動也可引起機組基礎廠房構件和引水壓力鋼管等 的共振，有時會釀成嚴重事故，可能使整個設備和廠房毀壞。7）過大的振動不僅導致機組運行參數(shù)的波動，影響機 組的負荷分配及供電質量，縮短機組的使用壽命，危及電站 安全運行和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。2.2機組振動原因造成水輪發(fā)電機組振動的原因很多而且復雜，機組振動 除了機器本身轉動或固定部分引起的振動外，還需考慮發(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。因此，一般將引起水輪機組振動的原 因分為電磁、機械、水力三個方面。1）電磁引起的振動。主要由發(fā)電機電磁不平衡引起， 常見

5、的有轉子磁極線圈層間短路、勵磁回路兩點接地、空氣 間隙不均勻、定子三相不平衡等。切除勵磁電流，空載運行 如振動消失，證明是電磁方面引起的震動。2）機械引起的振動。主要有轉動部分重量不平衡、機 組軸不正、主軸聯(lián)結不同心、軸承缺陷、推力或導軸承調(diào)整 不當，以及靜、轉部分偏磨等。3）水力引起的振動。如尾水管中渦帶引起振動、機組 偏離最佳運行工況區(qū)運行、止漏環(huán)間隙不均、蝸殼及導葉引 水不均的轉輪進口水流沖擊、卡門渦列、空腔汽蝕、間隙射 流等。將機組改調(diào)相如振動消失就是水力振動，如不消失即 為機械振動。3機組振動防治方法3. 1避振運行為滿足經(jīng)濟運行要求，應避開各臺機組出現(xiàn)振動和空蝕 的運行范圍。一級電

6、站主要結合灌溉引水發(fā)電，水頭、流量 變幅大，最高水頭22m,最低水頭12m,灌溉期間為中、低 水頭，小流量用水較多。在這種情況下，運行主要以減小汽 蝕和機組振動為主，降低機組故障率。對一級電站歷史運行 資料進行了整理，找出了不同水頭下機組單機運行的最小流 量及當時運行工況。同時結合hl123-lj-120型水輪機運轉 特性曲線，為了確保安全，降低汽蝕，減輕機組振動，單機 運行最小流量應限制在4. 5m3/s以上。水輪機導葉開度達到 一定程度后，導葉開度再繼續(xù)增大，而功率變化量不大，導 葉開度的增大反而破壞蝸殼中進水流態(tài)，加重汽蝕，使機組 振動加劇。結合實際運行及水輪機運轉特性曲線，導葉開度 達

7、到88%時，不再增加開度，以減輕汽蝕和振動。二級電站主要以水庫棄水發(fā)電，水頭變幅不大。運行記 錄表明當導葉開度低于40%時，振動明顯，噪音增大。同時 導葉開度超過85%時，再繼續(xù)增大，功率變化量不大，而機 組振動加劇。結合實際運行及hl220-wj-84水輪機運轉特性 曲線，導葉開度限制在40%85%之間運行，以減輕汽蝕和振 動。3.2尾水管適時適量補氣水輪機在非設計工況下運行時，由于轉輪出口處的旋轉 水流及脫流旋渦和汽蝕等影響，在尾水管內(nèi)常引起水壓脈 動。尤其是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大渦帶后，渦帶以近于固定的頻 率在管內(nèi)轉動，引起水流低頻壓力脈動。當管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā) 生，壓力脈動就會激起尾水管壁、轉輪、導水機構、蝸殼、 壓力管道的振動。渦帶壓力脈動對機組運行的影響主要在于 振動、擺度、功率擺動及其它附加影響。小水電站一般采用 尾水管補氣來減少尾水管的渦帶壓力脈動，補氣效果的關鍵 在于自然補氣的補氣量。水輪機尾水管真空度數(shù)值大，空蝕 影響也大，數(shù)值小，水能得不到充分利用。水電站機組偏離最佳運行工況（一般是40%70%的額定 工況）時，運行人員定時監(jiān)測尾水管真空表數(shù)值，當真空度 超過規(guī)定值時，調(diào)節(jié)補氣短管閥門開度，控制進氣量的大小, 使真空度維持在一定的數(shù)值。根據(jù)經(jīng)驗，在海拔100