工程科学与技术，国际期刊20（2017）637审查水电站振动源及其治理综述Rati Kanta Mohantaa，b，Thanga Raj Chelliaha，Srikanth Allamsettyc，Srikanth，Aparna Akulad，RipulGhoshda水电系统集团，水资源开发和管理，印度理工学院，印度b奥里萨邦水电有限公司，印度c印度布巴内斯瓦尔印度理工学院电气科学学院d印度昌迪加尔中央科学仪器组织阿提奇莱因福奥文章历史记录：2016年5月31日收到2016年10月18日修订2016年11月7日接受2016年11月17日在线发布保留字：振动状态监测振动监测健康监测水力发电厂机电设备A B S T R A C T振动状态监测（VCM）通过最大限度地减少损坏和故障机会来提高水力发电设备（HGE）的性能VCM的执行和HPS系统的诊断包括理论和实验开发。各种各样的研究为弄清高压动力系统的振动失效机理和早期失效作出了贡献。本文对高压站机电设备的VCM进行了综述，并结合近30年来的文献对振动相关故障进行了简要说明。讨论了高压蒸汽发生器旋转和非旋转设备振动的原因及振动测量标准并对VCM未来的发展前景进行了讨论。©2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。内容1.导言. 6382.振动源2.1.旋转设备振动的原因2.2.非旋转设备振动的原因3.旋转水力发电设备的振动6393.1.马达6393.2.涡轮机6393.2.1.轴承缺陷6403.2.2.润滑不当3.2.3.不平衡6403.2.4.偏心率6403.2.5.软脚6403.2.6.未对准6403.2.7.粗糙区操作6413.2.8.磨料侵蚀6413.3.转子6414.非旋转水力发电设备的振动6414.1.Transformer 6414.2.压力水管6414.3.尾水管振动642*通讯作者。电子邮件地址：askanth31@gmail.com（新加坡）Allamsetty）。由Karabuk大学负责进行同行审查http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.11.0042215-0986/©2016 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch638R.K. Mohanta等人/工程科学与技术，国际期刊20（2017）6374.4.发电机振动6435.机械不平衡6446.振动监测和测量6446.1.振动监测方法的审查6446.2.在线监测6456.3.离线监测6457.水力发电设备振动标准8.VCM 646的未来招股说明书8.1.传感器故障下振动在线监测的研究8.2.尾水压力的影响6468.3.VCM 646成本的最小化8.4.高速VCM系统6468.5.轴对地电压（SGV）6469.结论646确认647参考文献6471. 介绍水电站从发电伊始，设备振动就一直是一个严重的问题。在水电站（HPS）中，由于振动引起的设备故障会导致停机，有时甚至是灾难[1，2]。为了在线自动检测此类设备的性能，了解水电机组复杂系统的运行状态，必须进行VCM检测。在HPS系统中，对加氢装置的各个部件进行了振动在线监测，包括相对轴振动、轴承绝对振动、汽轮机盖振动、推力轴承轴向振动、定子铁芯振动、定子线棒振动、定子端部绕组振动等。非接触式电容接近探头通常用于动态监测发电机/涡轮机轴相对于轴承的运动。探头需要对电跳动、磁场和轴机械表面缺陷不敏感。通常提供低频加速度计来监测轴承和涡轮机盖的绝对振动。提供了一种多通道、多任务、在线可编程数字处理单元，用于处理来自振动探头的振动数据的系统配置。进行VCM非常重要，因为它提供了即将发生故障的早期迹象。通过这样做，任何技术人员都可以在故障或异常情况导致机组跳闸之前轻松检测到故障或异常情况。因此，可以避免不必要的维护，并且可以节省资源。本文讨论了各种来源振动和治疗方法。关于这一主题，以前有大量的研究，但有必要对所有这些研究进行回顾，以便更好地了解振动相关问题。本文从现有的各种文献中收集信息，对氯乙烯单体进行了简要的介绍。机器的状况可以通过测量振动水平。故障检测技术和振动信号处理技术是另一个有较大研究空间的技术。HGE振动受不同因素的影响，即电气、机械和液压因素[3]。这些振动的原因是非常复杂的，大多数是不可避免的。检查这些原因并及早处理是安全稳定运行的必要步骤。振动是液压站最危险的应力，它发生在闸门突然打开或关闭的过程中。现有HPS的振动瞬态分析防止了在工厂发生的有害共振，因此提高了设备的可靠性/可用性。VCM可以在最短的时间内推断出来，并给出了有关早期故障的详细信息本文Fig. 1. 饼图显示了本综述中所涵盖的论文分布。本文在实验研究的支持下，对这一课题进行了全面的综述。本综述所涵盖的研究文章的出版分布如图1所示。然而，也存在与该领域相关的许多标准、专业团体/团体，即IEEE水力发电厂修复指南、国际能源署（IEA）、IEEE标准492TM -1999、ASCE任务委员会、BIS标准IS-12800（第I、II、III部分）、1991等，在HPS状态监测领域的贡献是绝对通过监测汽轮机导轴承和发电机的振动，可以确定不平衡、轴承问题、导叶问题和剪切销故障的不同来源。VCM是通过数据采集和信号处理选择输入和输出来发现机器故障的最有效技术[4，5]高频现象可以使用连接到所需设备的数据采集和传感器进行监测[6]。过度振动导致导叶、转轮叶片、轮缘、轴承、轴封、轴、转轮迷宫、松动或剪切螺母、楔块、冲压件、螺栓、极楔等的磨损和疲劳失效在受影响的地点。这些快速磨损和疲劳故障需要频繁更换设备[7]。振动过大也会导致噪声过大。VCM提供了故障模式中故障序列的根本原因[8]有限元分析在振动研究中起着重要作用[9，10]。2. 振动源HPS的不同组成部分已在图中显示。 二、在这里，涡轮机、发电机和电力Transformer是成本密集型和最重要的机电设备[11]。旋转元件产生特定的振动频率。质量和e2R.K. Mohanta等人 /工程科学与技术，国际期刊20（2017）637-648639图二. HPS的组成部分机器或设备的性能由振动幅度定义。随着振动幅度的增加，旋转元件会导致更严重的问题[12]。主要的振动源[7]如下所示● 电振动，● 机械振动，● 液压振动振动不仅发生在旋转设备上，也发生在非旋转设备上。各种设备振动的原因如下所列。2.1. 旋转设备水轮机转轮：水轮机转轮上的振动可能是由于以下任何原因造成的。它们是机械不平衡、液压不平衡、未对准、气蚀、涡轮轴承不稳定（由于摩擦液压力）、粗糙区操作、机械部件润滑不当、轴承缺陷【13】、导叶连杆断裂、叶片和轴破裂或碎裂。转子：转子上的振动也可能是由于与转子相同的原因以及其他原因造成的即转子摩擦[14]。2.2. 非旋转设备● 尾水管：空化，动力摆动和尾水管共振。3.1. 电机电动机的振动分为机械振动、空气动力振动和电磁振动。机械故障是由于● 不平衡● 未对准● 机械冲击导致绕组损坏，● 轴承有缺陷● 松动和● 软脚、冲击或微动等。空气动力学问题是由于● 离散叶片通过频率，● 共振体积激励与电机，● 通风扇和● 宽带湍流等与电气故障相关的振动是由于转子和定子上的不平衡电磁力引起的。这种不平衡是由于气隙偏心、转子条断裂、气隙磁通分布不均、匝间故障、定子和转子绕组短路或开路、相电流不相等、磁致伸缩和扭矩波动[16]。电源频率和旋转频率之间的关系[7]可以用数学公式表示，如公式（1）所示。F 1/4fs×P其中f是电源频率，● 密封侵蚀：取决于水质。● 压力钢管共振：空化● 发生器：电磁力● Transformer：磁原动力汽轮机和发电机的主要振动源是（1）磨粒磨损，（2）再循环，（3）机械松动[11振动主要发生在变压器、电动机、涡轮机和发电机中，使用先进的工具测量这些振动信号有助于诊断这些设备中发生的故障。3. 旋转式水轮发电设备的振动本节详细阐述了水轮发电机的电动机、水轮机、转子等旋转设备振动的原因。efs是轴旋转频率，P是磁极数。3.2. 涡轮机水轮机的振动是由空化引起的力的剧烈波动引起的用VCM法可以求出基础和水轮机支承结构发生共振的频率。大型空腔的压力差会导致水力涡轮机中的流体动力脉动和空泡诱导振动【17】。汽蚀是造成汽轮机冲蚀磨损的主要原因。混流式水轮机由于汽蚀造成的损坏如图所示。3 .第三章。代替改变固有频率，需要避免液压激振力以最小化共振振动。●●640R.K. Mohanta等人/工程科学与技术，国际期刊20（2017）637图3.第三章。 混流式水轮机气蚀损坏（a）[18]和（b）。[19]第10段。选择。可以注意到，施加液压激振力并不是一个完整的解决方案，以尽量减少涡轮机组件中的振动时，它受到气蚀。应在机器基础中添加适当的加强筋，以确保涡轮机组件的固有频率[20]。3.2.1. 轴承缺陷这是由于使用过程中的正常腐蚀。当轴承状况逐渐恶化时，机器速度会影响使用振动信号查找轴承故障的过程[21]。当失败[2019 - 02 -02][2019 -02 - 02][2019 - 02 - 02]3.2.2. 润滑不当润滑系统参数不合适的机械部件润滑不当，会导致油膜紊乱并导致破坏[15]。3.2.3. 不平衡旋转组件的不同部件的弱化导致不平衡。由于不平衡引起的振动是径向的，并随着旋转频率增加[13，15]。在振动条件分析期间，如果诊断出任何不平衡条件，则必须尽快使机器恢复平衡条件，而不考虑成本。当转子重量在其旋转中心线上分布不均匀这种不平衡可能是由于以下任何原因造成的它们是偏心、变形、铸造缺陷、腐蚀、磨损、增加键和键槽、间隙公差和沉积物积聚。3.2.4. 偏心这是转子和定子之间的波动气隙的情况[2]，[22这会导致定子上的电磁不平衡和交变应力，并导致定子退化、短路、绝缘击穿和松动铁[5]。当该偏心率高时，发生不平衡的磁拉力，这导致定子表面与转子表面摩擦。气隙偏心有两种类型。它们是动态气隙偏心和静态气隙偏心。在静态气隙偏心中，径向气隙的间隙是固定的，即其具有固定的长度。静态偏心是定子或转子安装错误或定子铁芯椭圆度不正的结果。最大允许10%的气隙偏心率[2]。当发电机的气隙变化其最小长度的10-15%时，15-20年后会出现明显的不平衡，其值可能达到新发电机的两倍。如果定子框架和铁芯组件在这种情况下不平衡，则会发生显著的振动。在这种情况下，在23年，如果不采取补救措施，定子绕组故障将因定子绝缘的机械磨损而发生[25]。该偏心率必须较低，以减少振动并防止不平衡的磁拉力。此外，转子上的不平衡质量引起动态偏心。在某些情况下，轴在轴承箱中的动态位移也会导致这种偏心[8]。实际上，动偏心和静偏心是并存的. 由于装配和制造，新机器中存在静态偏心[2，26]。利用振动信号监测偏心故障[24]中描述了动态和静态偏心的高频振动元件。混合偏心时定子的低频振动在[2]中已作了解释，在方程中也作了说明。（二）、Fv¼2ffr2其中f是基本电源频率，Fv是振动频率，Fr是转子频率。[27，28]中解释了偏心建模的修正缠绕函数法（MWFA）。由于互感不相等，基本绕组函数方法给出了不正确的结果[29]。文献中描述了一些其他方法来检测偏心故障[30电机故障可以从扭矩数据中找到[33]。磁等效电路法和绕组函数法都用于计算偏心感应电机的电感[34]。感应电机的水平和垂直不对中以及负载不平衡的影响在[2，35]中进行了描述。3.2.5. 软脚这种情况表明机器脚与底座不共面这种软脚状况导致过度振动、动态应力和变形。由于电磁应力和机械应力的共同作用，定子发生电气故障和击穿不适当的基础设计导致的低良好的基础是必要的，以尽量减少振动[5]。软脚问题在工业应用中很常见，它会导致结构、部件和机器的劣化在这种状态下，电机消耗更多的电力，由于机器退化。3.2.6. 未对准图4（a）中显示了工人试图检测未对准的图片。与轴系的不对中会引起径向和轴向的振动。这些振动随着低阶谐波R.K. Mohanta等人 /工程科学与技术，国际期刊20（2017）637-648641见图4。 涡轮机（a）未对准检测[37]和（b）导叶连杆断裂[38]。图五、 转子（a）故 障 前后的 振 动 频谱 特 性 。[43]第43段。[13]第10段。这也会导致轴承失效和过热[36]。轴的不对中可以是角度的或偏移的。如果它是有角度的，移动的机器和静止机器的轴心线之间的角度在垂直和水平面上是不同的。如[5]中所解释的，对于任何静止机器，该角度为零度。导叶联动装置由于不对中而断裂的情况如图所示。4（b）.3.2.7. 粗糙区操作严重的振动会导致水轮发电机喘振。当脉动频率与自然频率相吻合时，发生破坏性共振，并伴随着巨大的功率波动和难以控制的压力脉动。为了适应电力系统的大范围运行，有时水电机组会在尾水管喘振区运行。在喘振区操作员远程操作机组时，也会发生尾水管振动。在此操作过程中，发电厂的操作员可以感觉到或听到一些噪音，因此他可以采取适当的措施离开此粗糙区域[39]。3.2.8. 泥沙磨损它是通过悬浮固体而不是水中的液体或流体的作用机械消除金属颗粒。转轮叶片表面和前缘由于水中存在沙子或淤泥而磨损[11]。3.3. 转子水轮发电机转子绕组匝间故障导致转子接地故障、局部过热和不平衡拉力。所有这些共同导致转子振动，如【40，41】所述。在线检测1971年首次描述了这些断层[16，42]。当转子磁极绝缘失效时，绕组中的不均匀电流会产生不均匀的磁场，从而增加振动。所有三相中流动的电流应相等，相电流的最大差值限制为20%[7]。发电机正常运行和转子绕组10%匝间故障时转子的振动频率特性如图5所示。当故障发生时，转子振动随频率增加。由于转子绕组匝间故障，气隙畸变导致转子磁拉力不平衡。这导致定子上的脉动磁拉力，最终导致定子振动[43]。在[44，45]中，作者得出结论，根据振动信号的轮廓，无法确定HPS中的转子振动是部分堵塞还是不平衡4. 非旋转水力发电设备4.1. Transformer磁原动力引起铁芯和绕组的振动。这些振动与噪声相关联，即，频率是电源频率两倍的嗡嗡声Transformer的性能会随着这些振动的增加而下降这种振动不能完全消除，但可以使用振动垫和适当固定Transformer的内部组件在一定程度4.2. 压力钢管压力管道是一个加压管道，通过它，水可以从水库转移到涡轮机。压力水管可以是小行星642R.K. Mohanta等人/工程科学与技术，国际期刊20（2017）637作为整体部分建造或暴露在大坝结构上方。压力钢管必须具有良好的水力性能、最小的漏水量和结构稳定性[46]。压力管道振动取决于压力管道出口周围区域的当地水力条件以及充满水时的动态特性【47】。水流的突然变化会产生水锤，这是压力管道中的关键问题[48]。由于机组启动、关闭、操作错误、操作模式变化、甩负荷和负荷变化，可能会发生水流变化【49】。系统故障或压力管道倒塌可能会由于这种水锤[46]。水击压力引起振荡在一个水电站[50]。在满载甩负荷期间，导叶面临水锤，最终影响涡轮机效率【51】。压力钢管内的气蚀或侵蚀会导致振动，这些振动是由于高速、湍流或冲刷损坏[52]。通流部分的压力波动会引起机组的功率振荡、振动、水轮机基础共振、尾水管内部撕裂和叶片裂纹等，从而影响机组的稳定性。压力波动可通过尾水管内的低频涡流、压力水管内的气流分离、Von Karman涡流和叶片间涡流[53]来揭示。在压力钢管中，振动可能是设备引起的或流动引起的。这种振动会导致材料疲劳，从而可能导致压力管道出现问题。维修人员应检查压力钢管，并标记异常振动。使用VCM技术[52]可以注意到过度振动及其振幅和频率。此外，为防止水锤，应定期检查安全阀、调压罐、进气门、气室和空气阀等保护装置、涡轮导叶、压力管道控制阀和调速器等负荷和流量控制设备的正常运行【46，54】。对于短的压力钢管[55]，水锤不是问题。一个名为WHMO的计算机程序，由美国开发美国陆军工程兵团，可用于模拟质量振荡和水击在钢笔股票和水管[52]。4.3. 尾水管振动尾水管振动是混流式水轮机最引人注目的现象，对水轮机的正常运行造成了很大的阻碍这是由于与涡轮机的过载或部分负载操作相关联的流动不稳定性旋流在尾水管内产生涡流尾水管波动也会引起振动、噪音、压力管道压力波动和功率波动【39】。气穴会影响效率，也会导致金属腐蚀、涡轮损坏或机器被迫停机空化可以通过测量水轮机和尾水管的振动来检测，对信号和加速度计进行计数。应避免在该损坏区域操作装置[4]。在混流式水轮机部分负荷运行期间，通过射流控制方法在尾水管中形成涡带的详细情况见[56]。涡绳射流控制方法的优点如下。尾水管内无需安装其他装置不需要任何流道修改。它可以根据工作点进行调整，并可以在不需要时关闭。它是健壮和简单的。在射流运行期间，涡轮机的总效率不变。Harvey[57]是第一个开始观察螺旋涡在直扩散管与空气控制运动在扭转流。Benjamin[58，59]对旋涡破裂后的旋流进行了分析卡西迪和法尔维[60]讨论了涡破裂对角动量和轴向动量之比的依赖性[61]。当局部压力下降到低于水的蒸汽压时，水柱分离在瞬态或稳态条件下发生。由于这种水柱分离，涡轮机和其他液压部件会损坏，内部衬里出现裂缝【50】。通过防止这些分离的水柱在尾水管中，可以在一定程度上减少大漩涡。螺旋流在尾水管锥体中产生不相等的力。图6（a）和图6（b）分别给出了涡核中心和壁面上的最小和最大压力。不稳定的涡核是由于涡轮叶片产生的涡流[50，61]。详细审查了尾水管振动引起的问题【63】。由于空腔的形成，空化本身以非正式的斜度出现在涡轮机部件的金属外侧。由于突然的压力下降而在流动的液体中形成蒸汽或气泡被称为空化。当这些气泡朝向涡轮机转轮上的较高压力区域移动时，这些 气 泡 会 破 裂 ， 从 而 导 致 涡 轮 机 表 面 损 坏 和 涡 轮 机 效 率 降 低【11】。在短时间内发生剧烈的空洞塌陷[65，66]。流动液体中不同形式的空穴是游动气泡、部分空化涡或附着空穴[67由于汽蚀和磨粒侵蚀，汽轮机发生侵蚀，造成生产损失和机组停运【11】。空化会损坏涡轮机装置和材料表面，并导致过度振动和流动不稳定，最终降低机器性能【54，69】。根据机器的操作条件，气穴可能出现在不同的位置[69由于空穴的存在，空穴本身出现在涡轮部件的反动式涡轮机图六、（a）部分负荷和（b）过载期间涡轮机处的涡流。●●●●●-R.K. Mohanta等人 /工程科学与技术，国际期刊20（2017）637-648643更容易产生气穴。汽蚀会引起侵蚀性腐蚀、剧烈振动，并降低涡轮机的效率和输出。通过在装置外壁、导叶轴、支撑底座和/或尾水管维修门处安装振动传感器，可持续监测气蚀情况【53】。当充满蒸汽的旋涡的尖端与固体表面接触部分负荷运行会导致流道中出现涡流空化局部汽蚀是一种复杂而常见的汽蚀现象空泡的界面是湍流和波浪形的。大量的空洞和U形瞬态空洞在固体表面上猛烈坍塌[72]。在这种类型的空化中，会发生严重的腐蚀纠正措施很难在现有装置中应用，因此在运行期间监测这些空化是避免有害情况的唯一解决方案可通过提高转轮速度并在规定的运行条件下运行水轮机来减少气蚀汽蚀发生在汽轮机的非设计运行条件下【69】。汽泡的消失产生高频噪声.超声波法最适合测量蒸汽空腔[73]。空蚀由于其水动力机理，对水力发电设备产生了很大的负面影响. 通过正确检测空化，可以避免在损坏区域进行操作[74]。空化会产生很大的波动力。在空化过程中，由于气泡的生长和塌陷而发生压力波动，并引起水轮机的振动。这将导致定子中磁通分布的变化。空化振动的频率很高，从每秒几百个周期到几千个周期，导致系统不稳定【51】。适合于高/中频空化监测的传感器是加速度计。空蚀的破坏机理和水力学机理各不相同。这两者之间的界面被称为空化的侵略性。在涡轮机中，空化的音频带宽为3 kHz至15 kHz[74超声法更适合于汽蚀的测量。这些空化测量更加可靠和准确[74]。空化引起的流体动力脉动会导致流量变化【20，77】。根据D.根据Thoma的理论，反动式涡轮机中的空化区域可以通过称为Thoma空化因子的无量纲数确定托马Hs=水轮机转轮在尾水位以上的距离，单位为米，H=水轮机净水头，单位为米。将压缩空气注入低压区可缓和空泡塌陷的影响，并将重大损害降至最低。在灯泡式水轮机中，可通过确定运行范围来避免汽蚀[51]。气蚀无法完全避免，只能将其最小化到可接受的水平[62]。下面给出了减少气蚀的预防措施[79]定期检查的涡轮部分和根据制造商● 根据供应商的指导方针运行汽轮机● 汽轮机适当浸没和● 使用抗气蚀流道材料。4.4. 发电机振动由于绕组松动或短路，高额定电动机和发电机面临异常振动[5]。当绕组绝缘失去其介电强度时，机械. 为了保护电机，需要及早检测匝间故障这些匝间故障也可以在现场电路[80早期故障数量的增加会导致机器的重大故障[83]。[84，85]中描述了同步电机中定子绕组故障的瞬态行为分析。磁力不平衡的原因[7]如下所述● 转子和定子之间的气隙不均匀● 任何场磁极绝缘失效，● 发电机负载不均匀● 高局部放电，以及● 绕组松动很难诊断发电机中的机械振动状况[11]。转子和定子绕组中的匝间故障通常是由于引起振动的不同来源[43]、[86]。根据[87]，与振动相关的故障来自定子铁芯和旋转磁场，较大的振动会损坏定子线棒绝缘系统。[2，88]中描述了检测和估计定子匝间故障的时域模型。在发电机磁场中，由于机械不平衡和磁场变化而发生振动较大的电磁力使定子绕组的振动难以控制。绝缘系统不能防止铁芯和棒之间的振动。定子机座和定子铁芯的异常振动会损坏绕组绝缘。当气隙不均匀时会发生这种情况，从而导致气隙扭矩、温度升高和磁通密度不平衡的干扰[50]，[51]。通过对定子铁芯和机座进行低频振动测量，可以在造成严重损坏之前预测此类故障[4]。在[89]中，作者得出结论，对于以fse = 50 Hz供电的机器，50、100和200 Hz或附近的振动是指示性的偏心率，但有一个混乱，因为其他异常也表现出自己与生产这样的频率，例如，不对准和动态不平衡。中所示[28]对于以fse = 50 Hz供电的电机，由于匝间绕组故障或供电不平衡（包括单相），定子框架振动呈现100、200和300 Hz分量。定子机座偏心会产生高次谐波。在[8，28，90]中，针对给定故障，在不同操作条件下，对机械振动与电气绕组参数之间的关系的主要频率。联轴器未对准和不平衡使情况恶化[89]。定子绕组匝间故障导致振动频谱中基频出现偶数阶。文献[8，28，91，92]解释了偏心轮主时间谐波的概念。典型电动机和水轮发电机的匝间故障如图所示。 7（a）和（b）。转子绕组匝间故障会引起磁不平衡、热不平衡和随机械旋转频率的振动。转子振动使气隙磁导随转子机械旋转频率的变化而变化。定子振动随着该转子机械旋转频率而增大，并且由于转子中的匝间故障而达到转子机械旋转频率的两倍的值。然而，转子振动特性不同于定子振动[43]。定子框架和定子铁芯振动会导致高噪音、铁芯和定子振动达到不可接受的水平，并导致框架出现裂纹许多作者研究了气隙不平衡磁拉力的来源及其对振动的影响[95]。在转子偏心中，计算谐波以重新定位转子和不平衡磁拉力，如【8，89，96】所示。气隙磁场是将转子振动传递给定子和轴承的介质因此，轴承响应也应与转子系统一起考虑。加速度计更多●●小行星644R.K. Mohanta等人/工程科学与技术，国际期刊20（2017）637图7.第一次会议。（ a）电动机[93]和（b）水力发电机（300 MW）的匝间故障。[九十四]如[8]中所述，适用于较高频率，而代理表适用于较低频率。5. 机械不平衡机械不平衡[16，97]可能是由于各种原因;其中一些在下面提到。● 绕组松动，● 轴承磨损，● 地基松动，● 错位，● 打滑变形，● 联轴器松动，● 管身疲劳，● 转子偏心，● 套管振动，● 转子不平衡。表1中描述了不同位置振动的原因和克服问题的补救措施。空气动力学源是湍流、通风风扇和叶片通过[16]。[16]下面给出了电磁源。● 静态气隙偏心，● 动态气隙偏心，● 气隙磁导变化，表1振动的原因及其补救措施[56]。振动区域可能的原因● 绕组短路或开路● 不平衡相电流，● 转子条断裂，● 扭矩脉冲，● 磁致伸缩。6. 振动监测和测量如前所述，VCM技术对于及时识别由于过度振动引起的故障非常有用【11，98】。水轮发电机和水轮机的振动测量点见【14】。6.1. 振动监测方法1880年，居里发现了电荷输出和压电效应传感器。1923年，第一次使用了加速度计。在过去的几年里，这一科学知识已经发展到导致快速有效的振动测量[12]。使用千分表测量振动，但它们不能给出不同运行条件下使用非接触式探头在两个相互垂直的方向上测量轴振动记录该轴振动的信号，并通过将其排列在X和Y轴上来分析主频率，以了解设备的状况[5]。根据【25】，HPS的振动对应于泵送、汽轮机粗糙运行区、汽轮机上推力位置、共振效应的往复运动、不平衡气隙、轴承油粘度变化、机械变形效应或所有这些的任何综合。HPS设备的振动故障通常是变化的，需要进行信号采集和处理来识别这取决于故障的性质[3]。转子振动转子不平衡，轴不对中、液压力摆动、发电机偏心磁拉力、迷宫式密封受力、轴承油不稳定、密封摩擦。平衡旋转部件，增加基础、连接和/或轴承支架的刚度工厂设备的VCM给出了记录的振动数据与其机械状态之间的相关性。正确的VCM分析有助于在损坏之前检测设备退化。当机器轴的固有频率与波动的频率分量相匹配时，就会发生振动[51]。当振动水平高于允许限值时，导叶、固定导叶和转轮叶片振动尾水管振动叶片的后缘涡脱落，闸门/叶片相互作用。转轮叶片处的气蚀，尾水管处的喘振。控制水轮机运行范围，修改叶片后缘，更换旧转轮。尾水管喘振，导叶与转轮间注气，更换旧转轮，尾水管注气。应识别振动并采取适当的措施在安全范围内[7]。状态监测和故障诊断涉及以下步骤。● 信号采集● 信号分析● 信号存储● 数据传输和存储。● 数据选择。R.K. Mohanta等人 /工程科学与技术，国际期刊20（2017）637-648645设备的振动信号包含了机器运行状态的信息，可以在设备表面进行测量。振动信号分析仪器使用快速傅立叶变换（FFT），其将振动信号域表示转换为其频域表示。 这被称为频谱。当机器处于良好运行状态时，振动频谱会呈现出特殊的形状，当故障发生时，频谱会发生变化。这是由于一些不期望的信号与输出信号混合。因此，需要专门的信号处理来分析这些光谱[13]。时间波形是振幅与时间的关系图，而快速傅立叶变换是振幅与时间的关系图频率. 两者都需要确定和分析故障，然后安排维修过程控制系统（如PLC、DCS和SCADA）可可靠地报警和监测HPS设备的振动水平【12】。通常，振动信号的频率范围从0 Hz到40 kHz。在时域信号分析中，振动的任何微小变化都会导致振幅随时间的变化[99]。LabVIEW 也 可 用 于 HPS 的 VCM 美 国 国 家 仪 器 公 司 提 供LabVIEW，即一个图形化编程语言的开发平台其中，可以处理数字滤波器的信号处理、频域分析、时域分析、轨道轨迹分析、小波重构和信号分解[53]、[100]。可以定期测量振动，但在线测量更适合连续观察，这使得工作人员有更多的时间做出决定，以防止任何设备或系统停止。根据[101]，由于水感应、未对准、平衡等，机器振动状况可能会发生变化。使用VCM的HPS维护程序能够以更经济和有效的方式进行定期到实时的基于状态的维护[11]。文献[102]对大型汽轮发电机组的振动监测与故障诊断作了详细的介绍。[104]中解释了振动[103]和机器基本原理变化的离线和在线计算机分析技术。振动分析信号处理的最新技术已在[8，105，106]中描述。6.2. 在线监测[11，107]中描述了VCM在线控制网络。它可以在早期阶段检测到异常振动情况，从而隔离故障模式。正确的解释和及时处理的数据可以提高质量，减少浪费和更安全的操作。振动信号数据需要进行处理和去噪以获得有用的信息。因此，VCM在具有自然和显著频率的频域和时域中进行[99]。目前，在线状态监测和诊断为现场工作人员和控制室显示器提供信息[108]。在线VCM可以检测不同发电机数据的轴不对中，轴承损坏，轴不平衡等。振动信息对于找到表2振动监测的在线和离线方法之间的比较[11]水力发电机健康用于监测水力发电机的不同振动传感器包括加速度计、音频麦克风和涡流接近探头[109]。对于风力涡轮机的VCM，开发了不同的技术和方法[110监控和数据采集系统也可以是状态监测的一部分，但它们不适用于某些机器的频谱分析[113]。以下是过去文献中描述的不同在线状态监测技术使用电流和电压测量进行风力涡轮机制动系统故障诊断的在线状态监测，● 远程在线设备状态监测，● 飞机维护的实时状态监控，以及● 水电厂状态监测系统。最近，无线传感器网络（WSN）状态监测已经建立[114]。WSN系统的安装非常灵活[6，115]。水力发电设备在线监测的优点如下所述。可以降低运行和维护成本可以减少对人的风险。根据系统参数，可更换设备可以最大限度地减少重大故障。可以提高设备的寿命和效率可以最小化停机频率。机器可以运行，直到振动在限制范围内。在线VCM在受淤泥影响的发电厂中是非常必要的，因为此类发电厂的振动会迅速增加[7]。通过正确的诊断提高可靠性，基于HPS在线振动状态监测的成本效益如下【11】。维护成本：减少50机器寿命：增加206.3. 离线监测在这种技术中，通常定期或不定期地安排维护，作为纠正性或预防性维护。该方法[11]的缺点如下所示，表2中列出了在线和离线方法之间的比较。由于计划外停机和停工造成的巨大生产损失，浪费收入和资源，因为即使机器不需要维护也要进行维护，● 在安全和环境方面的妥协，以及● 预防性维护费用增加。参数在线方法离线方法在线监测优势周期性疲劳试验限制涡轮维护振动监测通过永久安装的传感器进行。1)防止与异常振动相关的气蚀。否则，这些异常振动会相应地启动报警或关闭装置2）避免系统中断。应定期进行目视检查。1)只有在机组停机、脱水和目视检查后，才能发现汽蚀损坏。2)浪费更多的时间和人力。3)如果由于停堆延迟而造成损坏增加，则腐蚀修复费用更高。●●●●●●●●●●小行星646R.K. Mohanta等人/工程科学与技术，国际期刊20（2017）637表3用于振动测量的标准，单位为微米（峰到峰）[7]。转速（RPM）最大机架振动最大轴位移发生器平滑值公平值一般价值最大值RanjitSagar电厂4X150 MW德哈尔发电厂6X165兆瓦RanjitSagarPower Dehar电厂4X150 MW电厂6X165兆瓦166.670170N.A.–150200170120––20062160200–N.A.N.A.155NA––30050150N.A.125N.A.N.A.125NA100–表4日立振动测量位置正常值最大值166.6转/分300 rpm166.6转/分300 rpm轴承支架尾水管轴振动0.2 mm间隙<270<30<百分之四十<80<225<30<百分之三十三<60<450<50<百分之五十六<112<375<50<百分之五十<100表5俄罗斯的做法[116]振动微米（峰到峰）：S.No.速度优秀好满意贫困162.50–5050–100100–1600.16021500–4040–9090–1400.14031870–4040–9090–1400.14042140–3030–8080–1300.13052500–3030–8080–1300.13063000–2020–7070–1200.1207. 水力发电设备振动标准用于振动测量的标准、日立8. VCM未来招股说明书8.1. 传感器故障下振动在线监测的研究由于振动状态监测是一个闭环自动控制系统，传感器在其中起着很大的作用，因此需要对传感器故障情况下的自动控制系统进行研究。传感器故障可能是开路故障、增益故障和饱和效应。传感器中的所有三个故障都会干扰控制系统的准确性。本文作者之一最近研究了感应电机驱动器中传感器故障的影响，发现了系统稳定性和直流链路中额外电容器的需求[117]。为保证水电厂机电设备的准确性和可靠性，8.2. 尾水压力的影响有几种可能性，有尾水在发电厂，无法排放到河流中使用的水。这会产生朝向尾水管的背压，从而产生朝向涡轮组件的背压。在此期间，自动发电控制可以使用一些优化技术[118]。对这些案例的详细研究也将有助于决策者/发电厂当局规划新项目。8.3. 尽量减少氯乙烯单体在教育机构中进行自动振动状态监测需要大量投资。降低VCM成本有助于在教育机构中安装此类系统，以便更好地培养研究生。8.4. 高速VCM系统有很大的研究空间来设计高速VCM，这有助于提高HGE中发生的振动的灵敏度这种高速VCM还将有助于最小化由于发电机系统中的意外机械/电气故障而造成的损坏8.5. 轴对地电压（SGV）如所讨论的，用于VCM的振动传感器通常安装在HGE的表面上（水平和垂直）。同步发电机中存在的轴对地电压会影响电压互感器的测量精度。SGV对VCM的影响有待进一步研究9. 结论本文对氯乙烯单体在水电设备中的应用进行了综述，并对氯乙烯单体在水电设备中的应用前景进行了展望。本文讨论了磁流变仪旋转部件和非旋转部件的振动及其传感器。提供了用于HGE在线和离线状态监测的各种标准。从J.H.Walker的根据B.S.2613T.P. E 实践-轴承支架滑环书小行星2059值2059R.K. Mohanta等人 /工程科学与技术，国际期刊20（2017）637-648647通过对水轮发电机轴系振动监测的分析，发现水轮发电机轴系振动监测是水轮发电机轴系振动监测的重要组成部分，而轴系相对振动、轴承绝对振动、推力轴承轴向振动、定子铁心振动、定子线棒振动、定子绕组端部振动等是非接触式电容接近探头用于动态监测发电机的运动/涡轮机轴相对于轴承。低频加速度计用于监测轴承和涡轮机盖的绝对振动采用先进的振动监测系统将提高电厂的可靠性。尾水管因尾水排放不当而产生的振动是现有电站普遍存在的问题。确认这项工作得到了Tehri Hydraulic Corporation India Limited的支持，参见批准号THD-811-WRC（2014）。作者还要感谢编辑和匿名审稿人对改进本文的意见。引用[1] A. Barthel，W.T.汤先生，鼠笼式感应电动机静态气隙偏心检测电流监测转子槽设计的有限元研究，第32届IAS年会，IAS '97。1997年会议记录，IEEE，IEEE工业应用学会，1，新奥尔良，LA，1997，pp. 112比119[2] S. Nandi，H.A. Toliyat，X.李，电机状态监测与故障诊断-综述，IEEE Trans.能量转换。20（2005）719-729。[3] D. Basak，A. Tiwari，S. P. Das，电机故障诊断和状态监测3061-3066[4]Mesa Associates，INC.和橡树岭国家实验室，水力发电发展项目，2012年，pp. 1-331[5] D.H.Shreve， IntegratedConditionMonitoringTechnologies ， IRDBalancingLLC，Chester，UK，2003，pp.1比63[6] L. Selak ，P. Butala，A.水电站状态监测与故障诊断
