摘 要：水电机组振动监测是状态评价的基础，而振动评价是振动监测的目的，也是状态评价的核心。目前水电机组正由计划检修向状态检修过渡，加强水电机组振动监测与评价将有效促进这一进程。基于此，本文以立轴水轮发电机组为例阐明了目前水电机组振动监测发展过程中的相关问题，指出了振动监测所需要深入研究的方向；梳理了振动评价所涉及的国内外相关标准，明晰了不同标准之间的差异。在总结行业发展的基础上，指出了促进水电机组振动监测与评价所需解决“重集成轻应用、重理论轻实践、重建设轻维护、重设备轻人才”等问题。
0 前言
水电机组振动监测与评价是以信息技术为载体、以保障水电机组运行安全为目标、利用传感器对水电机组关键部件振动进行监测、采用振动特征值分析以实现机组状态参数量化并为检修决策提供支撑的工程技术方法。振动监测与评价提供了水电机组运行的动态信息，是状态监测、健康评价、征兆预警和决策支撑的重要基础，是实现计划检修（ ScheduledMaintenance）或故障检修（ Fail-fix Maintenance）向预防性检修（ Preventive Maintenance ）、状态检修（ Condition-based Maintenance）等新型检修模式的基础，同时也是实现水电资产价值提升和水电机组全寿命周期管理的有效措施。因此，水轮发电机振动监测与评价在现代水电厂中占有重要的地位。水电机组振动监测与我国状态检修工作的发展紧密相关[1]，俄罗斯舒申斯克-萨扬事件后进入了快速发展阶段。2009 年国家电监会发出通知要求加强机组状态监测，大中型水电站应当安装机组在线监测装置，加强机组振动、摆度等运行参数的监测、记录和分析，对振动异常应立即停机检查，查明原因和处理合格后方可按规定程序恢复机组运行[2]。国家能源局在2014 出版的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》对上述要求进行了明确[3]。目前水电机组振动监测已基本实现标准化，但是对测量结果的评价标准化却存在诸多问题[4]。由于水电机组属于定制化产品，每座电站水头存在差异、单机容量存在差异，即使是同一类型的机组，其安装也存在差异，这导致机组振动特征值各异。即使同一台机组，不同的运行工况点其振动数值也明显存在差异。因而，振动测试结果定值化评价对具体机组而言存在较大困难。现阶段，各标准评价方案均基于已有机组运行经验、现场试验数据等，经统计分析后所获得的成果，未能充分考虑结构材料本身的特点，造成某些机组根据标准不能运行、而实际运行情况良好的矛盾，以及一些机组根据标准设置定值造成运行困难的问题。同时，有必要看到世界上已经投运多台变速抽水蓄能机组，一些常规混流式水轮机也正在变速化改造，机组的转速变化范围可以达到额定转速的 40%[5]，而目前相关标准中振动多以转速为依据、对 70~100%额定负荷的稳态工况进行评价，这是难以满足变速机组运行需求的。综上，无论技术层面还是从管理层面，强化水电机组振动监测与评价符合我国现阶段能源生产要求。现代状态检修体系的构建对水电机组振动监测与评价提出了新的要求，振动监测与评价的目标是实现机组性能评价与劣化评估、异常判断与报警停机，故障识别与寿命预估等，这一领域中仍有一些问题需要解决，如：监测对象涉及标准多而不统一，同一监测点不同特征值（振动位移峰峰值与速度有效值）评价之间存在冲突等。基于此，本文以立式水轮发电机组振动为研究对象，对振动监测所涉及的问题进行了梳理，从学术和产业两个角度阐明了未来需要发展的方向，以期能够对水电机组振动监测与评价起到指引作用。
1 振动监测
1.1测点布置
水电机组部件分为旋转部件与固定部件，相应监测分为旋转部件监测和固定部件监测。旋转部件监测主要是监测主轴径向振动（摆度）与轴向振动，固定部件监测以顶盖振动、支架振动和机座、铁芯振动为主，其中机架振动分为承受轴向力的支架振动（推力轴承支架）和承受径向力的支架振动（导轴承支架）。涉及发电机基本技术条件[6]和（水泵）水轮机基本技术条件[7,8]的标准中分别给出了相应测点，在机组振动或状态监测标准[9-11]中则给出了机组的测点布置。各标准所涵盖的测点一致，综合列于表 1，分布见图 1 所示。在本文叙述中，由于工程上称“振动”意指固定部件，而常称旋转部件径向振动为摆度，下文叙述时按工程习惯叙述。旋转部件分别在导轴承位置处测量两个相互垂直方向相对摆度；导轴承承受机组径向力，定子铁芯径向承受磁拉力，因此导轴承位置处机架和定子机座以水平振动监测为主、垂直振动监测为辅；定子机座用于固定铁芯等部件
4 结论
本文以立式混流式水电机组为例，综述了振动和摆度监测与评价过程中相关基本问题，包括测点布置、传感器类型选择、信号质量、振动特征值等，梳理了振动与摆度评价涉及的标准体系和及各标准的评价限值，提出了以状态检修为核心的标准体系建设中需要注意的问题，获得以下结论：⑴ 现有振摆监测系统测点位置存在优化空间；机组振动宜采用速度型振动传感器进行监测；应建立振摆信号质量的评价方法，并在相关标准中体现；⑵ 目前的水电机组振摆评价标准体系不规范，同一定值在不同的标准中所对应的工况区差异显著，宜根据机组所处安装调试与商业运行阶段制定不同的评价限值，应将现有的振摆评价编入同一标准中以更有效指导水电机组振摆评价；宜在新机组安装调试或检修时建立评价基准，实现机组振摆特征值的趋势评价；⑶ 以状态检修为核心的商运机组振摆评价应解决“重集成轻应用、重理论轻实践、重建设轻维护和重设备轻人才”的问题。随着我国水电技术的发展，我国已由水电大国走向水电强国，机组设计、制造、安装和运维水平大幅提升，逐渐由技术引进向技术引领方向发展，相关科技人员应在水电机组振动与评价方面做出贡献，以适应我国水电技术发展趋势。
