欢迎您来到全国水雨情信息网站! 2021年1月28日 星期五
 
  当前位置: 首页--水利百科--水力发电--水轮发电机组

水轮发电机组振动

2020-04-09 21:01

水轮发电机组在运行中,由各种振源引起的机组轴系统、部件、机组整体结构或厂房结构的振动以及电网的功率摆动。

振动的危害

强烈振动会危及机组安全运行、限制机组的运行工况、缩短机组寿命;还会对机组钢筋混凝土支承结构产生不利影响,如受载机架的地脚螺栓附近产生裂缝;甚至影响中控室正常运行,如十三陵抽水蓄能电站。有的电站由于尾水管水流脉动频率与厂房上部结构或大坝自振频率接近而发生共振,如红石水电站机组尾水管中接近转频的水压脉动与厂房上部结构一阶自振频率遇合而发生共振,尾水管中6.5~6.8 Hz水压脉动频率与大坝顺河向一阶自振频率遇合而发生共振。因此,在机组设计阶段应对可能出现的振动进行深入研究,并加以控制和预防。

主要振源的特性

引起水轮发电机组振动的主要振源分为:

(1)水力振源。常见的尾水管中的低频涡带,是混流式和轴流定桨式水轮机普遍存在的一种振源。中国8座水电站及美国大古力水电站的实测数据统计表明,9座水电站水头在37~140m内,低频涡带频率不仅是机组转频的函数,也是水头的函数。对9座水电站实测数据进行整理分析后,得出的计算低频涡带频率经验公式为

式中,f为尾水管涡带频率,Hz;fn为机组转速频率,Hz;H为设计水头,m。

振区在导水叶相对开度的30%~70%;尾水管内接近转频的水压脉动,在任何导水叶开度下始终存在,易引起机组振动和压力管道振动。俄罗斯布拉茨克等3座水电站,当导水叶开度为20%~40%时,接近转频水压脉动与管道中水体自振频率发生共振。中国红石水电站这种水压脉动与厂房上部结构发生共振;卡门涡街引起的水轮机叶片和导叶振动,当水轮机叶片及导叶出水边不符合流线要求,其卡门涡街频率与叶片或导叶自振频率接近,发生强烈共振;低比转速水轮机转轮止漏环结构形式、间隙配合和加工圆度不好,引起水压脉动等。

(2)机械振源。机械缺陷或故障引起的机组振动有共同特点,其振动频率多为转速频率或为转速频率的倍数,不平衡力一般为水平半径方向。机械不平衡现象是较普遍的,尤其对高水头和高转速的机组更显得突出。如制造和安装不当,使机组大轴不直、转子和转轮动静不平衡、导轴承和推力轴承有缺陷、转动部件和固定部件不同心等,均可能造成机组振动。

(3)电气振源。水轮发电机组电气振动可分为:①振动频率为机组转速频率或其整倍数,如定子内腔和转子外缘不圆,定子和转子旋转不同心,转子动静不平衡,转子各磁极电气参数相差较大或局部匝间短路等,均产生不均衡磁拉力,导致机组振动。②极频振动,其频率为电网频率(50 Hz)或其整倍数,如定子不圆,机座合缝不良、次谐波、负序电流等引起的定子极频振动,频率一般为100 Hz。因此,定子设计时需使其自振频率避开100 Hz。

水轮发电机组振动多为强迫振动。当机组轴系统或部件的自振频率与振源频率相等或接近时,将发生共振;若振源频率与机组轴系统或部件的自振频率呈整数倍关系时,将产生倍频共振。

消减振动的途径

消减机组振动的根本途径是提高机组设计、制造水平和安装质量。在设计阶段,不仅要进行机组轴系统和有关部件的自振特性计算,还要计算主要振源的动力反应,使设计的机组不会出现有害的振动和提高其抗振性能。

有些国家已将校核尾水管内低频涡带频率和发电机的自振频率是否会发生共振列入验收规程。大型水轮发电机的电自振频率常在0.8~1.6 Hz内,若机组转速在167~360 r/min内,低频涡带频率易与发电机的电自振频率遇合而产生低频振荡(共振)。

机组运行过程中发生振动问题时,要评价振动的大小和原因。除凭借观察和感受外,主要依靠专门仪器、仪表进行测试和分析,获得振源和动力反应特性,从而提出相应的消振减振措施。现代大型水轮发电机组多布置有在线状态监测系统,随时测量监视机组的振动状态,并将其纳入水轮发电机组监控系统,实现振动的预警、诊断和控制。

责编: system