水轮机振动与故障诊断

随着我国国民经济的发展，水电机组的单机容量越来越大，其结构也更加复杂，像三峡巨型机组的投入运行，其稳定性能尤为重要。表征水电机组稳定运行的参数有振动、摆度和压力脉动，其中振动是水力机组稳定性的重要指标。水电机组的振动直接影响机组的安全运行、负荷合理分配及供电质量，如不加以控制，会造成严重事故。

水轮发电机组设备庞大，结构复杂，对其故障特征的提取与分析一直是热门研究课题。由于水轮机的振动反映了机组的运行状态，所以振动信号的采集与分析是水轮机状态监测的重要内容。水轮机的振动根源跟其他机械的振动相比有较大的差别，除了要考虑系统本身的机械特性之外，水轮机的过流部件以及电磁力也会使水轮机产生较大的振动。基于以上的考虑，一般对水轮机机架、顶盖、尾水管等部位的振动信号，上导、下导、水导的摆度信号以及涡壳、导叶的压力脉动信号进行采集，结合故障诊断的方法和理论进行时域和频域的分析，实现对水轮机实时监测和故障诊断的目的。

（一） 振动的分类

水轮机的振动是一个普遍存在的问题，一般来说机组都存在着振动和摆动。在水电站运行中将它规定在某一允许范围内，超出允许范围则要找出原因和采取消除措施。

（1）按干扰力分类

振动可分为自激振动和强迫振动。

在自激振动中维持振动的干扰力是由运动本身所产生或控制的，运动停止则干扰力消失。

受迫振动中维持振动的干扰力的存在与运动无关，即使运动消失干扰力仍然存在。使机组产生振动的干扰力来自以下方面：

①
机械部分的惯性力、摩擦力及其它力引起的振动为机械振动。

②
过流部分的动水压力引起的振动称为水力振动。

③
发电机电气部分的电磁力引起的振动叫做电磁振动。

（2）按振动方向分类

按振动方向可分为横向振动和垂直振动。

（3）按振动部位分类

按振动部位可分为轴振动、支座（机架与轴承）振动和基础振动等。

（二）机组轴的振动

机组振动中轴振动占着重要地位。大部分振动因素和轴振动紧密相连而且轴振动又会向机组静止部分传递。轴振动有两种主要形式即：

①弓状回旋这是一种横向振动，振