水轮发电机组轴系运行稳定性及故障分析
发表时间：2018-01-20T19:36:44.893Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：马国旗
[导读] 摘要：因为现阶段我国大力发展水事业，因此各大水电厂都在增加机组投入，但是因为设计制造、运行等方面存在着一定的缺陷，而且由于机组设备容量越来越大，尺寸也明显增大，这就使得各个部件之间的刚度明显削弱，所以机组运行时常发生故障，综合多种故障分析，水轮发电机组最容易发生故障的部位就是轴系系统，本文主要从轴系运行故障角度来对水轮发电机运行稳定性以及容易引发的故障进行分析，希望能够为水电厂的安全运行提供借鉴。
(广西桂冠开投电力有限责任公司广西来宾 546100)
摘要：因为现阶段我国大力发展水事业，因此各大水电厂都在增加机组投入，但是因为设计制造、运行等方面存在着一定的缺陷，而且由于机组设备容量越来越大，尺寸也明显增大，这就使得各个部件之间的刚度明显削弱，所以机组运行时常发生故障，综合多种故障分析，水轮发电机组最容易发生故障的部位就是轴系系统，本文主要从轴系运行故障角度来对水轮发电机运行稳定性以及容易引发的故障进行分析，希望能够为水电厂的安全运行提供借鉴。
关键词：水轮发电机；轴系运行；稳定性与故障
水轮发电机组本体设备具有安装难度大、安装精度高、安装工艺复杂等特点，发电机组本体设备的安装质量直接影响着发电的可靠性和安全性，对发电效率也有着比较大的影响。
为了保证水轮发电机组的质量，需要做好水轮发电机组本体设备的安装工作。
1 水轮发电机组稳定运行的基本要求
第一，水轮发电机组在安装期间，安装人员要保证机组中心准确无误，必须保证几组每一个固定部件都保持在相同的垂线上，换言之就是在公差范围内的同心，尤其是要注意旋转中心以及机组中心两者相互重合，确保几组中每一个部位之间存在的缝隙以及气隙都始终处于均匀的状态，这样就可以最大程度的降低水轮机水力干扰，也不会对发电机电气造成任何的干扰。
第二，水轮发电机组轴线调整时，工作人员要对盘车进行严格计算，同时保证定位机组中的旋转中心要在指定的位置不会出现任何的差错，同时工作人员要保证轴系运行过程中，摆度值以及方法都要确定好，以此保证轴系运行的垂直度达到要求，直线度符合标准。
第三，所选的轴线质量必须达到标准要求，这样才能够从根本上保证旋转体质量合乎要求。
正常情况下，机组轴系运行过程中，既要与旋转体保持同心，还要与导轴承保持同心，因此导轴承的轴线质量也必须达到要求标准。
2 影响机组轴系运行的基本原因
2.1 机组轴系统运行的先决条件
机组轴系的“3个中心”是机组正常运行的基础，包括机组轴系运行中的机组中心、旋转中心和轴线,是轴系稳定性运行的先决条件。
轴系“3个中心”的定位准确与否，是否符合轴系运行标准和要求，集中反映了机组运行设备的3个问题，即机组设备安装质量、制造质量和工艺以及设备设计选型是否合理的问题。
机组安装时，围绕着机组轴系“3个中心”所进行的工作和种种要求，就是要求机组运行时，轴系符合运行标准，能正常运行发电。
2.2 机组稳定运行的重要因素
大中型水轮发电机组不稳定性虽然受各种因素影响很多，振动原因、形式、条件也有各异，但是归结起来，还是集中反映了以下三个方面：机组运行时，水力干扰、机械干扰和电磁干扰而引起的振动稳定问题。
水轮发电机组的水力稳定性对机组安全经济运行影响是很大的，也是水电机组运行的固有特性，是能量转换过程的重要特性。
水轮发电机组属于低转速的设备，由于机组结构不良或制造、安装质量问题，往往引起机组运行时轴不对中、轴线曲折、轴承间隙过大不均匀、转子叠片不匀、配重不适引起动不平衡，以及推力轴承镜板不水平、推力头松动、支撑部件受力不均、机械径向力增大而引起的周期性振动等。
机组运行的不稳定性的重要因素，一方面反映了机组轴系运行的“3个中心”先决条件不足，另一方面反映了机组长期运行由于外激力干扰，设备渐变、老化以及运行工况多变导致机组轴系统运行的影响。
3 解决对策
3.1 积极预防
水电厂工作人员要在水轮发电机组正式运行之前，要对进行建模实验，以此保证轴系运行过程中所产生的动力效应符合要求；另外，要正确选型，科学合理的进行结构设计；构建机组故障模型，以此确保机组性能符合要求，特别是规模比较大的机组，必须预先构建故障模型。
3.2 做好监测与诊断工作
工作人员首先要对机组运行设备状态加以监测，以此能够随时了解机组运行是否处于正常状态；工作人员要对设备故障进行预测，并作出正确的判断，尤其是对潜在故障定要在第一时间做出判断，这样才能避免问题的出现；领导者要对设备维修进行相应的指导，并依据设备状态作出正确的决策。
3.3 采用及时恰当的处理方式
及时处理，适时处理，有效处理是对机组运行设备故障性质、原因、程度和部位采取相应措施来控制、消除故障重现，发展及减振的具体实施处理方式。
对那些影响较大，危害严重突发故障，应及时停机处理，使之达到符合运行标准有效处理结果：对那些异常问题，可改变运行条件，采取相应措施，能缓冲机组设备的危害性或事故扩展，可以借设备检修期间进行适时、有效处理；对那些设备缺陷、潜伏性的事故苗头或故障，应在机组设备检测或在线监测的基础上，预测分析故障原因、趋势、发展，采取适时、有效处理方式。
同时还应根据设备的具体故障类型，采取相应的对策进行有效的处理。
3.4 改变运行条件，优化运行状态
由于水轮发电机组的固有特性及故障特征，如机组运行时出现的振动区、补气区和高负荷扰动区或共振、拍振等，往往采取改变运行条件的手段，避开机组异常运行或错频方法，保证机组的安全稳定运行。
立式水轮发电机组经常出现带负荷工况或甩负荷工况的振动区或强烈振动，其振动信号和特征集中反映在机组机架、顶盖垂直振动上；有的机组在少负荷或部分负荷时出现1~3个振动区（如：新疆哈尔莫墩水电站7.5MW机组出现3个振动区）；有的机组在偏中高负荷运行时，存在与转频有关的激振区。
以上多因水力干扰造成水体共振，或水力与机械共振或水力电气共振，致使给水轮发电机组稳定性问题的解决和防振措施带来很大难度，因此，在无法处理前，应避开振动区运
行，这是个有效的对策。
3.5 加强运输和现场保管
通常水轮机轴和发电机轴采取单独包装、两点支撑运输，包括发电机轴已套装转子中心体的也是采取两支点方式，轴系部件运输期间需要一定时间，运输到现场后轴部件一般也要有储存保管时间。
轴部件在2点支撑长时间状态下易产生挠曲变形，实际现场保管储存因条件限制及各种因素，往往未注重进行此项保管工作，在轴部件安装联接盘车时，通过摆度数据发现轴系部件已产生变形，必须对轴系综合调整使各部位摆度满足要求，因此有必要按照中华人民共和国机械行业标准水电机组包装、运输和保管规范，对轴部件卧放时应定期翻转180°储存保管，以防止产生挠曲变形。
3.6 调整轴系
为了使轴承支撑变得更加稳定，如立轴转浆半伞式机组，推力轴承、上导轴承、水导轴承的轴系进行调整，轴承的分配和搭配是非常重要的，使用合适的搭配方式能够有效地增加其稳定性以及应对应力的能力。
综上所述，可知水轮发电机轴系运行稳定能够基本保证水轮机发电机安全稳定运行，因此对轴系运行过程中容易出现各类故障进行分析研究有着非常大的现实意义。
工作人员要对机组轴系运行非常熟悉，尤其是要对其轴系统之间保持的关系进行了解，懂得机组轴系运行可能出现的各类问题，这样对制定预防方案以及实施监测有着参考作用。
参考文献：
[1] 吴松建. 水轮发电机组轴系动力特性及轴线精度检测方法研究[J]. 低碳世界,2016,(10):39-40.
[2] 彭悦蓉,赖喜德,张惟斌,苟秋琴,唐健. 考虑轴承及密封的水电机组轴系特性分析[J]. 中国农村水利水电,2015,(06):153-157.。