引言
水电机组在投运一定时间后可能由于固定及支撑部件松动、疲劳及摩擦等问题导致其稳定性状态发生劣化，影响机组的安全、稳定及经济运行。随着水电机组状态监测技术的提高，通过对其部件振动、主轴摆度等实时监测，可实时掌握机组稳定性表现及稳定性状态长期的变化趋势。因此在机组运行过程中，对其振动幅值表现及其变化趋势实时监测、分析及诊断，对及时发现机组潜在异常问题、保障机组安全稳定运行、推进水电机组根据分析结果开展状态检修等都具有重要的意义。
1自适应动态阈值基本原理
本文所述的自适应动态阈值原理:机组正常运行时，监测指标存在一定的波动；除了一个例外，监控指标有趋势波动。传统上，很难区分由状态或由设备本身监测计量波动是否异常。(1)该方法计算出的自适应阈值，源于局部组的历史数据，并根据情况动态变化；阈值反映了监视指标的集中趋势，在积累历史数据时更准确。(2)在设备运行期间，监控指标在某一范围内波动，阈值反映了该范围内的正常上下限值。阈值的计算基于统计方法和专门知识。(3)计算机系统在数据收集、存储等过程中会产生影响计算结果的孤立数据，这些数据在计算极限之前已被统计删除。(4)若因工况变化导致的波动，则该方法计算的比率低于100%；如果设备本身因波动而波动，则此方法计算的限制将高出100%以上。100%以上的现实反应设备都很差。
2常规水电机组振动原因
（1）水力振动因素：尾水管低频涡带；卡门涡列；蜗壳和导叶等过流部件流场不均匀；水轮机密封处产生的水力不平衡以及水轮机过渡过程中的其他不稳定因素。其中，尾水管涡带振动是引起水力振动的主要因素。（2）电气振动因素：转子磁极绕组匝间短路；转子磁极形状有差别；定子铁芯松动引发振动；转子定子铁芯间气隙不均；发电机不对称工况下运行；产生负序电流；磁极分布圆中心与旋转中心偏离较大。（3）机械振动因素：导轴承缺陷或间隙调整不当；机组轴系与支承结构刚度不足；质量不平衡；大轴扭曲；轴承不对中等。机组振动可能是由水力、机械、电气单方面因素引起，也可能由以上三种因素耦合引起。尽管导致振动的原因有多种，但它们之间却互相联系、互相影响。
3开机过程的水电机组机械振动状态评估方法
3.1电机转子调整
水轮发电机转子的圆度直接影响气隙分布的均匀性和机器的安全稳定运行，转子的圆度是影响组织振动的关键因素，发电机转子的圆度主要由磁极在环形方向上的分布来测量。影响转子圆度误差的主要因素是圆方向气隙值的变化。在圆度评定方面，国家标准有四种方法:最小面积圆法、最小平面半径法、最小外圆法和最大内圆法。已投入运行的水电机组转子无法直接测量其圆度，主要通过测量发电机空气气隙和磁极加速度，从而间接获得转子的圆度分析。优化机坑外转子圆度，圆度调整首先要调整磁极上下部的对应性，确保转子坑外圆度所测量的断面数据在趋势上要一致；转子圆度调整后磁极形貌要均匀，不得出现连续的凸、凹，偏心应尽可能小，要保证磁极垂直度良好，从而消减定子铁芯及定子机座的1X及倍频振动幅值。
3.2奇异值分解
奇异值分解利用测量信号构建矩阵，根据矩阵分解的奇异值来反映信号与噪声情况，将代表噪声信号的奇异值归零实现噪声的去除，奇异值分解关键在于确定有效秩的阶次和重构矩阵的结构。将小波变换与奇异值相结合来提取水电机组的振动特征实现故障诊断，在二次去噪的基础上将得到的奇异值作为特征向量输入到概率神经网络中进行识别，此法便捷、灵活、为机组故障诊断提供一定依据。采用傅里叶分解与奇异值联合降噪，在傅里叶分解的基础上利用奇异值差分谱确定降噪阶次，实现最大程度上的降噪，并在包络谱分析中能够有效提取滚动轴承故障特征。
3.3自适应动态阈值计算
自适应动态阈值的计算步骤包括:(1)从系统检索数据。包含及时数据、发电机性能、机组水头、电流激励和监控指标。(2)数据筛选器。选择功率≥额定功率≥ 70%的额定功率。(3)案例分组。所选数据按功率、组头、3个电磁电流状态指示符进行分段，截面中的每个负载指示符均分为n个分段并进行分段。(4)将数据细分为样本数据并对其进行监测。确定监控数据集的时间期后，选择上一年的数据作为抽样记录。
3.4贝叶斯网络
贝叶斯网络是概率图模型中的一种，主要是用来描述随机变量之间的条件依赖，研究系统中涉及的随机变量形成贝叶斯网络。其主要用于解决不确定性问题概率推理方法中事件先验概率确定困难和多变量联合概率密度缺乏有效推理算法的问题。贝叶斯网络的结构与节点由专家经验及EM算法学习获得。将经SOM神经网络处理后的离散数据输入到已搭建完整的贝叶斯网络模型，再经推理验证可得到故障发生的后检概率，为后续机组状态检修提供一定依据。
4基于随机振动频域分析方法
天线阵面系统在宽窄载荷谱下的振动响应和寿命预估，得到如下结论：（1）单一方向激励不仅能激起结构在该方向的部分模态，同时能够激起结构其他方向的模态。仿真与试验对比表明，天线阵面系统的基频振型为一阶Z向弯曲，是由X向激励激起。（2）天线阵面系统中天线单元和框架、支撑板采用不同性能的铝合金材料，不能从单一应力水平评估结构强度，需要从疲劳角度分析采用不同材料的结构危险区域，寻找阵面系统的薄弱区域。（3）综合宽窄随机载荷谱下结构应力和对应材料疲劳极限循环次数，分析表明低应力水平的框架、支撑板疲劳损伤较大，天线阵面系统的寿命取决于框架与支撑板。
结束语
水轮发电机组轴线调整过程中需关注与机组中心线、机组旋转中心线的相对位置，通过测量四个方向止漏环间隙数据来判断，确保推力头及镜板与推力瓦的中心位置基本一致。机组导轴承瓦间隙可直接影响机组振动和摆度，轴瓦间隙调整通常采用只收不放的原则，根据轴瓦运行瓦温分布来分析判断调整轴瓦间隙的位置和大小。此外，通过试配重法、影响系数法来确定发电机转子配重块的安装位置和质量，可有效解决发电机组转动部分质量不平衡问题，再通过对发电机转子磁极加装或拆卸垫片来调整转子圆度，来调整控制发电机空气气隙，可有效解决大型发电机振动偏大问题。
参考文献
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