摘要
摘 要
随着水电机组容量和尺寸的不断增大，转速的相应增提高，机组的运行稳
定性问题已成为电站机组设计、安装和运行极为关注的问题。
本文针对水轮发电机组在运行过程中出现的影响运行稳定性的振动、水压
脉动问题进行了阐述，通过目前国内外正在模型或真机上进行的尾水管压力脉
动的测试和分析的大量研究，对尾水管中水流引起的低频水压脉动进行了理论
分析。并对万家寨电站水轮机尾水管的破坏情况进行分析，提出了相应的改进
措施及建议。
在水电站机组运行中由于自激振动引起的破坏时有发生，自激振动产生的
破坏对不同的机组，其破坏的部位和程度不尽相同。长期以来，在稳定性方面，
对安装检修质量问题带来的影响缺乏足够的认识，论文从电站机组安装的角度
分析了改善机组运行稳定性，防止或减轻自激振动发生的途径。
国内外目前对水电站机组运行稳定性没有统一的评价标准，特别是水轮机
尾水管水压脉动，在讨论问题时经常采用?H / H 进行评价。电站运行实践证明：
同一?H / H 值，对不同水头的影响是不同的。这就使得?H / H 具有不确定性，
因此，文中对机组运行压力脉动的评价进行了讨论和探讨,提出了对评价参数的
建议。
根据万家寨电站 2#机组的稳定性试验，结合机组设计的运转特性曲线，提
出了机组在未完全采取稳定性工程措施前的运行建议及进一步对稳定性研究
的方向。稳定性试验前，已对机组进行了动平衡和空载变励磁试验，消除了非
水力不稳定定因素。通过对万家寨电站 2#机的现场稳定性测试，及对采集的数
据进行的频谱分析，得出了 2#机组振动的主要原因是水力因素作用的结果，提
出了消振、减振的措施。
With the increase of unit capacity, size and rotational speed of the hydraulic
generator in the large hydropower station, the problem of hydraulic instability on the
Francis turbo-generator sets has become more and more important during its design
and operation.
According to the instability problem of the hydraulic turbo-generator set, a great
deal of research works have been done in the practice measure or the model test about
the draft tube pressure of the generator, and the low-frequency pressure-pulse caused
by the water flow in the draft tube has been analyzed. Some improving measurements
correspondingly on the damages of the draft tube have been suggested in Wan jia zhai
hydropower station.
As the destruction causing by self-vibration often appears, the damage part and
level are very different in different hydropower generator during its operation. For a
long period, the understanding of the quality problem of the set installment and
maintenance is much lack at the generator stability. Therefore, the improving
approach about the stability of the hydraulic generator has been investigated, that can
avoid or alleviate the self-vibration of the generator.
At present, there are no uniform evaluation standards about the operating
stability of the hydraulic turbo-generator set at home and overseas. Especially the
hydraulic pressure-pulse of Francis turbine generator in the draft tube, the value
?H / H is usually used to appraise the stability in the practice. It has proved that the
same value of ?H / H has different influence on the different water head during the
operating of hydraulic generator. All these make the value of ?H / H uncertainty.
Then, the pressure-pulse of the operating hydropower generator has been discussed
and investigated in this paper. According to the above, the usage of the evaluation
parameter has been obtained for the operating stability.
Based on the tests of the stability about 2# generator in Wan jia zhai hydropower
station, some suggestion of the stability project hydropower generator has been
proposed.
Though the practice measure of the stability in Wan jia zhai hydropower station
and the frequency analysis of the measuring data, the results showed that the vibration
in 2# set mainly was caused by the hydraulic elements. At last, some measurements to
eliminating and decreasing the vibration are given.
引文
参考文献
[1]何璟，400 米蓄水位应一次建成，《中国电业》2001 年 08 期
[2]IEC 标准,
[3][西德]R.齐亚斯，混流式水轮机在部分负荷下和超负荷时的运行情况，水利水电
科学研究院，《水轮机振动译文集》,1979
[4]常近时，寿梅华，于希哲，《水轮机运行》，水利电力出版社，1983.9,P258~347
[5][西德]P.乌利特,E.U.耶格尔,M.施特舍累茨基,高比速混流式水轮机部分负荷时
尾水管内不稳定流的研究,水利水电科学研究院，《水轮机振动译文集》,1979
[6] 程良骏，《水轮机》，机械工业出版社，1982.4,P1~107
[7]刘胜柱，王茜芸，张乐福，75m 水头段混流式转轮水力性能研究，《大电机技术》
1998№3
[8]熊腾辉，田子勤，三峡水电站水轮机稳定性分析，《人民长江》1996 年 9 月
[9]陆师敏，宋木仿，水布垭水电站机组稳定性初探，《水利水电快报》第 23 卷第 2
期，2002 年 1 月
[10]李启章，付桂联，李志民，卡门涡还是叶道涡——关于岩滩水轮机的高负荷振动，
第 13 次中国水电设备学术讨论会论文集，1997 年 9 月。
[11] 中国水力发电工程编审委员会《中国水力发电工程》（运行管理篇）中国电力出
版社，2000。
[12] 中国水力发电工程编审委员会《中国水力发电工程》（设计施工篇）中国电力出
版社，2000。
[13]史毓珍，刘光宁，混流式水轮机水力稳定性探讨—国内外水轮机稳定性调查，哈
尔滨电机有限公司内部资料，2002 年。
[14]胡宝玉，张利新，丁焱，小浪底转轮裂纹及处理措施，《水电站机电技术》2002
年第 4 期
[15]（南斯拉夫）Aleksandar Gajic等，大型水轮机固定导叶上水流诱发的振动和所
产生的裂纹，《17th IAHR Symposium 1994》
[16]（瑞士）P.Doer 等，高水头（740m）混流式水轮机的振动试验——Haeusling 电
站现场试验结果，《富士时报》1989，№12。
[17]段超，李朝辉，宋自灵，水轮机振动监测与补气控制的试验研究，《水电自动化
与大坝监测》第 26 卷第 1 期，2002 年 2 月。
[18]王海，张群，郑莉媛等，大型混流式水轮机组运行稳定性试验研究，《动力工程》
第 19 卷增刊，1999。
[19]陈德新，闫水保，周兵，轴流转浆式水轮机振动的现场测试与分析，华北水利水
77
参考文献
电学院学报，第 21 卷第 2 期，2000 年 6 月。
[20]沈维义，吴培豪，大型混流式机组水力稳定性的若干问题，第十四次中国水电设
备学术讨论会论文集，2000 年 7 月。
[21]田子勤，刘景旺，三峡电站巨型混流式水轮机水力稳定性的研究，第十四次中国
水电设备学术讨论会论文集，2000 年 7 月。
[22]徐洪泉，潘罗平，李飞等，水轮机涡带压力脉动影响因素及模型试验方法研究，
第 13 次中国水电设备学术讨论会论文集，1997 年 9 月。
[23]于纪辛，徐国珍，潘罗平等，三峡模型水轮机水力稳定性试验研究，第 13 次中
国水电设备学术讨论会论文集，1997 年 9 月。
[24]吴钢，戴勇峰，张克危等，混流式水轮机尾水管进口流场与压力脉动的关系，《水
电能源科学》第 18 卷第 1 期，2000 年 3 月。
[25] 于纪辛，徐抱朴，徐国珍，降低水轮机尾水管压力脉动措施的模型试验研究，
第十四次中国水电设备学术讨论会论文集，2000 年 7 月。
[26]覃大清，赵洪田，赵阳，关于混流式水轮机稳定性的几点认识，《大电机技术》
1998№3
[27]刘胜柱，水轮机稳定性研究，《大电机技术》
[28]贺勇强，漫湾电站#5 机组低水头稳定性现场实测，《东方电机》1996 年第 4 期
[29]黄河万家寨水利枢纽有限公司，黄河万家寨水利枢纽机组问题（专题报告），2002
年 6 月。
[30] 黄河万家寨水利枢纽有限公司，黄河万家寨水利枢纽工程运行管理报告，2002
年 3 月。
[31]田子勤，改善三峡电站水轮机稳定性的技术措施，《中国三峡建设》6/1996
[32]曹剑绵，陈昌林，大型混流式水轮机转轮异常振动及叶片裂纹分析，《水电站机
电技术》2002 年会论文集。
[33]田树棠，大型水轮机稳定性优化措施，《水电站机电技术》1993.(2)
[34]杨胜伟，天生桥二级水电站尾水管内水力振动及其消减措施分析，《水电站机电
技术》2002 年会论文集。
[35]姚大坤，李至昭，曲大庄，混流式水轮机自激振动分析，《大电机技术》1998№5
[36]韩清凯，俞建成，宫照民等，大型旋转机械振动现场测试与故障特征分析，《振
动、测试与诊断》第 23 卷第 1 期，2003 年 3 月。
[37 石小平，丹江口水电厂 1 号水轮机低水头工况运行分析，《水电站机电技术》2002
年会论文集。
[38]王曰平，富春江水电站机组改中的水轮机选型问题，《水电站机电技术》2003 年
第 1 期。
78
参考文献
[39] 黄凌，李啟章，三峡工程机组振动标准的初步研究，《中国三峡建设》
[40]李启章，李志民，付联桂，关于水轮机尾水管涡带压力脉动的允许值，第 12 次
中国水电设备学术讨论会论文集，1995 年 10 月。
[41]韦强，关于水电机组振动特性和振动标准问题的探讨，第 14 次中国水电设备学
术讨论会论文集，2002 年 7 月。
[42] 青海电力试验研究所，山东工业大学，《水轮发电机组的振动》，水电机组振动
测试技术研讨班资料之二，1998 年 9 月
[43]青海电力试验研究所，山东工业大学，《振动信号的获取、处理及分析》，水电机
组振动测试技术研讨班资料之三，1998 年 9 月。
[44][瑞士]Dorfler P.K 高比速混流式水轮机在较大部分负荷下压力脉动的观察，
《国外大电机》1998No.1。
[45]陶明星，刘光宁，高比速混流式水轮机的水力稳定性问题，《混流式水轮机水力
稳定性参考文献》,哈尔滨大电机研究所，2003.9
[46] [瑞士]Thierry Jacob 等，混流式水轮机压力脉动—模型和真机试验结果,
《国外大电机》1998No.5。
[47]（内部资料）10 个电站水轮机运行状况调研汇报，哈尔滨大电机研究所，2002
年 7 月。
[48]（内部资料）国内大型混流式水轮机运行稳定性（讨论稿），全国水轮机标准化
技术委员会，2003 年 9 月。
[49]K?chele Th.20th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and
Cavitation,Charlotte,2000.
[50]Riedelbauch S, Klemm D,Hauff C,Importance of interaction between turbine
components in flow field simulation.18th IAHR Symposium Hydraulic
Machinery and cavitation.Valencia,1996.
[51]Harris,C.M.and Crede,C.E.,”Shoch and Vibration Handbook,”New
York,1961,Vol.3.
[52]Ruprecht A.Unsteady flow Analysisin Hydraulic Turbomachinery.20thIAHR
Symposium on Hydraulic machinery and Cavitation .Charlotte,2000.
[53]H.grein,E Goede,Site experience with Francis turbines operation under
very lage head varations, ⅩⅤⅡ IAHR Symo, Beijing, China 1994.
[54]水利部天津水利水电勘察设计研究院，黄河万家寨水利枢纽有限公司，《黄河万
家寨水电站水轮发电机组综合试验报告》，2002 年 8 月。