丰海水电站机组振动的原因分析概要

1、丰海水电站机组振动的原因分析 黄少敏 （福建水利电力职业技术学院 福建永安366000 【摘要】本文以一水电站的水力机组出现振动、噪音的故障现象为依据 根据2 家权威试验机构在现场对 该水电站的试验结果的数据，分析机组的振动原因和问题， 并提出解决冋题的建议。 【关键词】水电站；试验;原因分析； 【Abstract 】 Based on the phenomena of vibration and noise of the hydraulic machines in Fenghai Hydropower Station and the on-site experimental data obt

2、ained by two authoritative test institutes, the underlying reasons for the unit vibration are analyzed in this paper, and a practical solution is suggested to deal with this problem 【Keywords 】 Hydropower Stati on; Test ; Cause an alysis; Con clusi on ; 1电站概况 丰海水电站位于福建省永安市境内的九龙溪上，坝址以上的流域面积为5518km 2,

3、多年平均年径流量 为53.9亿m3,多年平均流量为171 m3/s。水库总库容为1740 万m3,正常蓄水位以下库容为1085万m3,调节库容为170万m3;水电站安装2台灯 泡贯流式机组，水轮机型号为 GZA684 WP 440相关特征水头 H max /Hpj /Hr /Hmin分别为14.3/11.2/9.9/3.23m;额定转速为136.4r/mi n,机组单机出力为15.0MW , 水电站总 容量为30.0MW ;水电站保证出力为6.07MW ;多年平均发电量为 1.1618 105kwh，装机年利用小时3872小时。2问题的提出 该水电站机组在投入运行以后，一直受到机组振动、噪音的

4、困扰。通常在水电 站的水轮发电机组发生振动和噪音的原因主要有三个方面，一是水力因素，即水力振 动;二是机械因素，即机械振动；三是电磁 因素，即电磁振动；其中水力振动的振动幅度 是随着水流量的增大而增大，其原因是因为水轮机过流部件中的水力不平衡引起的； 机械振动的振动幅度是随着机组转速的增大而增大，其原因是因为机组转动部分的 质量不平衡引起的；电磁振动的振动幅度是随着励磁电流的增大而增大 ，其原因是由 三相励磁电流不平 衡引起的。为分析振动的具体原因，业主请了厂家和甘肃省电力 科学研究院的专家进行了专题试验，以便提出解决办法。 3机组试验成果振动、噪音原因分析 3. 1生产厂家试验成果分析 在厂

5、家做的一次现场试验中，当机组在桨叶开度45.2%,导叶开度63.4%处开 始出现异常响声；至桨叶开度92.7%,导叶开度76.9%时异常响声消失。当机组处于 手动状态，将桨叶角度固定在87.2%附近时，随着导叶开度的增大，机组出力增加，至导 叶开度为75%时达最大值13800kw，随后机组的出力随导叶开度的增大而呈下降趋 势，且机组水导处摆度值随出力下降呈上升趋势。从上述的试验结果可以看出，机组 的出力随导叶开度的增大而呈下降趋势，且机组水导处摆度值随出力下降呈上升趋 势。通过对 振动信号频谱的分析后指出： 转轮室受到冲击碰撞的频率是 9.09HZ ,与转频和4个叶片数的乘积 (136.4/6

6、0 4=9.09HZ十分吻合。”在现场试验中，将机组转速提高到额定转速的 120%,此时振动消失。 生产厂家试验的结果是认为：机组振动是机组在安装过程中，整套水轮发电机组 的旋转中心不是同心 的,即主轴的轴心线与实际旋转中心之间存在有一定的偏差而 造成的。但是在生产厂家的试验报告表示在现场试验中，厂家还将机组转速提高 到额定转速的120%,此时振动消失”从该现场试验得出的结论，可以知道该水轮机 的转速若按照60.0HZ来运转可大大减轻运转振动。转速与相应的水流流态有关，所 以该水轮机水力振动的因素是否还需进行更专业的试验。 3. 2甘肃省电力科学研究院的试验成果分析 电力科学研究院做的试验包括

7、第1、2次变负荷试验、升降负荷和定桨变导叶 试验、1次补气试验、动平衡试验和配重后变负荷试验、第 2次定桨和补气试 验。 电力科学研究院对试验的成果进行综合分析的结论是 ：运行实践证明，当水轮 机浆叶开度达到和超 过40%,即功率超过10.0MW时转轮室就出现异常声响。而从 振动试验数据分析，二号机在4.0MW附近和 10.0MW以上工况振动、摆动和水压脉动值比较大 ，而且10.0MW以上工况振 动、摆动和水压脉动值随开度 的增大显著增大，转轮室里也出现了异常声响。从转 轮前压力值变化与异常声响的关系看，这种声响与空 化空蚀有关。 转轮室的异常 声响出现后机组构件4倍转频的振动也明显增大，这说

8、明转轮室的异常声 响极有可 能是水力引起的空蚀振动噪声。可以肯定的是目前的异常声响不是转轮叶片与转轮 室碰磨的声音”。而且,初步判断机组的的振动应该是与水轮机转轮叶片开口不均 匀而引起转轮圆周水力不平衡也有 关系。 3. 3业主方面分析 业主单位提出了振动噪音的原因，一是水轮机过流部件（尤其是浆叶的实际叶型 型线与设计的叶型型线之间的加工工艺有偏差，导致水轮机转轮圆周的水力不平衡 二是水轮机转轮的安装中心与实际的要 求有偏差；三是没有根据中国的电网频率 （50HZ对国外的电网频率（60HZ制造的机组进行模型试验，造成引进机组与实际机 组在运行方面工况的差异。 4分析结果 在上述二家的试验结论中

9、，厂家的试验结论着重强调机组安装的原因引起机组 的振动，但是在试验的 成果中，有明显的水力振动的因素存在；电力科学研究院的试 验结论则着重强调水轮机转轮过流部件的因素是引起机组振动的主要因素，基本否 定了机组安装的原因引起机组的振动。 根据二家的试验过程中所体现的现象，我们初步判定，造成该水电站振动和噪音， 主要的原因应该有 以下几个方面：一是水轮机的过流部件，主要是水轮机转轮叶片的 实际加工型线与设计的型线之间可能存在误差;二是水轮机转轮圆周的间隙引起的 间隙空蚀引起水力不平衡而引起的振动现象，这是典型的水力振动频率与叶片和机 组的转速有关（转轮室受到冲击碰撞的频率是9.09HZ ,与转频和

10、4个叶片数的乘积 十分吻合；三是水轮机转轮的开口不均匀，使得导叶的水流与转轮叶片进出口的水 流流动产生较大影响；四是机组在安装过程中，整套水轮发电机组的旋转中心不是同 心的即主轴的轴心线与实际旋转中心之间 存在有一定的偏差（此种几率较小。其 中转轮叶片的叶型型线的加工误差应该是主要原因。该水电站机组在投入运行后 一直产生振动也能够说明这些原因。 5结语 综合上述的分析结果，针对这些问题，作者提出以下建议： 5. 1业主在签订购买设备合同时，应该要求生产厂家说明该设备是从那里引进 ？ 如果是引进的，则要求生产厂家说明是否经过模型试验；如果经过模型试验，应该提 供模型试验的参数。 5.2业主在发现机组在投入运行以后出现的问题后，应及时与厂家联系，并与厂家 进一步协商，同时业主应要求水轮机的生产厂家重新对水轮机转轮叶片的实际加工 型线与设计的型线之间进行比较核对，并拿出核对结论。 5.3厂家在仿造国外机组时，有必要考虑额定转速差所引起的影响。 5.4机组安装应由丰富经验的施工队伍承担，以免出现安装偏差产生的误动。 5.5在现场试验方面，业主应邀请不同的试验方进行试验，并聘请除业主和试验双 方的第四方技术 权威专家作为鉴定人，以便客观公正的对试验数据进行科学的比较 与分析，得出故障的真实原因；同时业主应该派专业人员参加整个试验过程，记