某水电站机组振动原因分析及处理

某水电站机组振动原因分析及处理

王艳丽 汪春

1. 杭州力源发电设备有限公司 浙江 杭州 310000； 2. 杭州杭发发电设备有限公司 浙江 杭州 310000

摘 要 水轮发电机组在运行过程中产生振动及噪音是一种比较常见的现象。水轮机产生振动的主要原因有水力振动、机械振动和电磁振动等，还有一些振动问题是动静干涉引起的。机组的剧烈振动会影响机组安全稳定运行，会破坏机组结构，给电站带来巨大的损失。关键词 动静干涉；混流式水轮机；共振

引言

水轮机动静干涉是指水轮机的转动系统（转轮）与静止系统（导叶）之间的相互影响。转轮叶片与活动导叶相互作用形成压力脉动，会在水轮机的过流部件中传播，动静干涉频率如果和机组自振频率相同或接近将造成系统共振，严重危害机组稳定运行[1]。

1  电站概况

某水电站以发电为主，混合开发。电站装机容量2×7000kW，额定转速600 r/min，额定水头138m，最高水头152.7m,最小水头132.8m，平均水头146.6m，额定流量为5.887m³/s,飞逸转速为978 r/min，活动导叶数量16个，转轮叶片数量30个，其中长叶片15个，短叶片15个。

（1）该电站两台机组自运行以来，各试验数据基本符合要求，但一直存在振动和噪音的问题，机组在带负荷时存在水压力脉动，造成压力钢管、排水阀和座环、顶盖垂直振动，同时产生厂房局部谐振，振动随着负荷的增大而增大，厂房玻璃及管理房玻璃都在振动，并且伴有啸叫声，在发电机层楼梯处、水轮机层、蜗壳层均存在刺耳的噪声，噪声随着负荷的增大而增大。根据现场的初步试验和测试，其振动源和噪声均来自于蜗壳。

（2）机组甩负荷试验结果。1#机组满负荷运行时，顶盖测压表压力为0.3MPa，2#机组满负荷运行时，顶盖测压表压力为0.58MPa，顶盖无补气，随着负荷的降低，顶盖压力也随之降低，顶盖开始补气。电站分别做了50%，75%，100%额定负荷时两台机同时甩负荷试验，同时试验了两台机组分别单独运行和两台机同时运行，机组不带负荷及以上各种负荷工况下，机组与厂房共振和机组噪音的变化情况。两台机组同时开机，在带负荷运行时，蜗壳进水阀前后压力钢管以及阀后蜗壳排水阀手柄及排水管用手触摸时均存在明显高频振动；一台机组单独运行时，会传导至另一台机组，进水阀前后存在同样振动现象。同时，电站厂房局部有共振现象，振动随着负荷的增大而增大，在发电机层绕机组慢走一圈，感觉不同位置振动幅度不一样，有的地方震感明显，有的地方震感则不明显。水轮机轴承盖及轴承支架处、发电机上盖板靠近定子中心及机架处振感不明显，水轮机、发电机本身振动幅度小，不及蜗壳进水阀门前后振动幅度大，电机上盖板中间位置振感明显；在厂房外一定角度可见厂房玻璃小幅度高频振动，厂房附近的居民区住户玻璃也有振感。

2  振动原因分析以及处理

（1）通过试验数据分析以及专家组的讨论意见，初步判断认为振动是由于活动导叶和转轮叶片不匹配引起的动静干涉造成的。为了进一步验证这一初步结论，技术专家实地参观考

察了同一条河流上的另外一个出现过类似状况的水电站，该电站原机组导水机构有16个活动导叶，转轮有15个叶片，原电站机组运行时与厂房发生共振现象，并且伴有噪音，该电站的处理方案是将导水机构活动导叶数量按模型改成了24个，转轮不作变化，处理后机组运行时，机组和厂房未产生振动和噪音。

（2）为了解决该电站振动问题，经过技术人员的充分论证，决定对此电站导水机构进行优化改造，优化内容包括止漏环间隙、导叶间隙、导叶布置的优化等等，将之前的16个活动导叶改为20个，整体更换一套导水机构，转轮不作变化。此次改造完成后，开机试运行结果非常满意，之前的振动和噪声都消失了[2]。

（3）该电站的振动问题，实际上就是因为改造前转轮叶片数量与活动导叶数量匹配不合适引起的。动静干涉其实就是旋转部件和固定部件之间水流的相互干扰，在转轮和活动导叶之间、转轮和尾水管之间都存在着动静干涉。由于转轮旋转切割导叶出口的水流，导致转轮内的流动为非定常流，转轮出口的非轴向水流在尾水管内形成旋转水流，严重时会形成螺旋状涡带，这种互相干扰引起的不稳定水流可能会诱发水力振动，还可能会引起厂房的共振，引起机组零部件疲劳破坏，甚至会导致转轮叶片产生裂纹或者断裂，严重影响机组安全运行。3  动静干涉产生的机理

相关研究表明，水轮机的动静干涉与活动导叶和转轮叶片的叶栅组合有关系。水轮机组在正常运行时，导叶与水流的相互作用导致导叶出口处的速度是不均匀的，实际上导叶的出口速度分布就是转轮叶片的进口条件，所以，每一个转轮叶片在转动一个导叶间距的过程中，其进口边界条件发生周期性的变化。这样，作用于这个叶片上的力（包括径向、切向和轴向力）也会发生一个周期性的变化[3]。

对于单个转轮叶片来说，这个力的变化频率等于转频与导叶叶片数的乘积 。即

fv= ff×Zv

fv：叶片上动静干涉脉动频率，ff：转轮转动频率Zv：转轮叶片数

反过来，对单个导叶，作用在其上的力的频率等于转频与转轮叶片数的乘积。即

f b= ff×Zb

f b：导叶上动静干涉脉动频率Zb：导叶叶片数

由于动静干涉的作用，在水轮机无叶区形成的压力脉动会向两个方向传播：沿流动方向向尾水管传播，这种轴向传播，

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科学与信息化2019年12月下  105

工业与信息化

合施工技术规范才能够满足施工要求。采用有效的施工控制措施，能够保证施工质量，大大减少灌浆过程中事故的发生。参考文献

[1] 王海明,梁建锋,周培康,黄擎洲,邵林海,乔文开.深厚软基超长钻孔灌注桩后压浆成套技术研究[J].山西建筑,2017,43(18):50-51.

TECHNOLOGY AND INFORMATION

[2] 乔文开. 深厚软基超长钻孔灌注桩后压浆关键技术研究[D].安徽理工大学,2016.

[3] 魏栋梁,杨昌正,谭晓琦.深厚软基超长大直径钻孔灌注桩承载性状试验研究[J].昆明理工大学学报(理工版),2010,35(04):51-56.

[4] 张永胜.软基地段超长钻孔灌注桩施工[J].山西建筑,2004(12):32-33.

（上接第104页）

传统检测模式的辐射性风险、工期紧张以及交叉作业等相关问题，缩短了工期，充分提升了整体的经济效益。

实现对现场检测中的缺陷焊缝的挖补跟踪处理，利用相控阵图谱判定缺陷类型，综合焊接过程的面积缺陷其主要会产生裂纹以及未熔合的问题，确定类型，及时处理。

5  结束语

相控阵超声检测技术在焊缝检测中应用可以实现交叉性作业，在处理中无须进行辐射防护，不会应用大量的耗材，其具（上接第105页）

并不会产生异常高频振动；反水流方向，沿导叶、蜗壳的这种径向传播，会引起水力振动。动静干涉频率如果和机组自振频率相同或接近将造成系统共振，严重危害机组运行稳定。4  结束语

在水轮机组的选型设计中，应该充分考虑水轮机组的活动导叶和转轮叶片的叶栅组合方式，选择最佳的叶栅组合能有效避免机组振动、噪音等问题。（上接第106页）

金使用，坚决不予以报销。

3  结束语

随着时代的不断发展，各种长距离管道工程越来越多，对工程的要求也在不断提升。为了保证工程在实际运行过程中，取得预期的经济效益，就需要我们认真做好工程经济评价与分析工作，对工程经济指标进行科学判断，保证工程实施的经济性。（上接第107页）

加强对网架、配变、线路以及电缆等方面的改造，根据不同地区的用户需求以及经济发展状况，不断提高电能的供电强度，满足各级电力用户基本负荷需求，并更换老化和落后的电网设施、优化主干网架、 配网自动化主站与配电变压器终端改造，从而对配电网线路进行不断的升级和改造，保障配电网线路能够满足城市和区域的经济发展要求，并提高电力系统的服务水平和效率。（上接第108页）

型智能电表不仅可以完成电能计量入显示，还可以进行参数设置、远程控制、无线通信、异常告警等一系列新功能。不难预见，在各类先进的CMU芯片和电能计量芯片的应用下，未来的智能电表将更加智能化，为智能电网的发展提供坚实的保障。

参考文献

[1] 王子龙.基于ARM的智能电表系统研究与设计[J].电脑知识与技术,2019,15(01):259-261.

[2] 陈源,李海娜,唐宏伟.基于单片机的智能电表系统设计[J].信息系统工程,2018(08):-65.

110  科学与信息化2019年12月下

有较高的检测效率。对此，在实践中要通过相控阵超声检测技术进行角接焊缝的排查分析，及时处理安全隐患，充分保障核电厂安全、稳定运行。参考文献

[1] 李锦,周正干,李洋,崔醒,杨卓.钢轨焊缝相控阵超声检测技术研究[J].铁道技术监督,2019,47(06):17-22.

[2] 刘恩凯,施建辉,丁清越,王涛,朱强.相控阵超声检测技术在核电厂高压排气管线角接焊缝检测中的应用[J].无损检测,2019,41(06):56-59.

参考文献

[1] 肖惠民,于波.水轮机动静干涉的非定常流动数值模拟[J].大电机技术,2009,(5):33-37.

[2] 刘攀,陈学力,汪泉,李德忠.高水头混流式水轮机的动静干涉与振动问题研究[J].水力发电学报,2016,35(3):91-98.

[3] 贾伟,刘晶石,庞立军,等.抽水蓄能电站水泵水轮机的动静干涉与振动分析[J].振动工程学报,2014,27(4):565-571.

参考文献

[1] 魏峰.长距离尾水导流工程管道设计方案技术经济分析[J].江苏水利,2015,(8):22-23.

[2] 牛国富,温文,宋博,等.营业税改对油气管道工程项目经济评价的影响[J].油气储运,2015,(10):37-38.

[3] 张安,潘涛,宋明信,等.基于成本理论的油气长输管道安全管理[J].油气田地面工程,2014,(11):55-56.

参考文献

[1] 林博智.10kV配电网线路的建设与改造探讨[J].中国科技投资,2013(z1):51-51.

[2] 许勇,郭育城.10kV配电网线路的建设与改造探讨[J].科技创新与应用(36):162.

[3] 杜子敏.10kV配电网线路的建设与改造分析[J].科技风,2015(18): 7-7.