水电站噪声分析与利用研究进展

水电站噪声分析与利用研究进展

边巴,平措次仁

国网山南供电公司公司， 西藏 山南   856000

摘要：近几年， 各水电施工单位通过持续加强施工技术管理，显著提升了水利水电工程整体质量，但是，在施工管理方面仍然存在较多不足， 不同程度上制约了水电行业的健康发展。水电站中发电机的主要作用是将机械能转换成电能，其性能的好坏直接影响着电站的生产效益，因此越来越的工程技术人员与专家对发电机展开深入研究。实际运行中，水电站常因各过流部件与流体耦合、流体介质紊流出现水力振动与涡运动、机组压力脉动等情况而发生颤振。另外，在水轮机轴系结构受力不均及发电机故障运行时也会导致水电站出现不同程度的振动。这些振动主要体现在水电站运行过程中出现高强度不同频率噪声，尤其当机组故障运行时，各频率噪声数量也将呈几何数增长。高强度噪声的存在不仅仅影响了水电站运行维护各个方面的工作难度，更是水电站故障运行时直接的体现。本文主要对水电站噪声分析与利用研究进行论述，详情如下。

关键词： 水电站；噪声分析；利用

引言

近年来，国内外学者针对水电站噪声产生机理及其与机组故障联系的研究正逐渐成为热点问题。针对水电站噪声与机组故障关联的特殊性，将噪声监测情况与机组运行状态相对应建立的新式机组监测系统正在快速发展。不同于传统机组故障分析系统，设备对传感器的依赖，以及难以对内部旋转部件进行测量的情况，利用噪声波段监测水力机组运行状态数据获取简单、测点布置方便具有采集成本低、可行性高及准确性好等优点，是目前针对水力机组故障监测的新兴手段。

1 水电站电气噪声产生的原因

1.1水流自身紊动产生噪声

水电站电气噪声产生的原因之一是水流自身紊动产生噪声。液体具有粘滞性，液体与流道边界的摩擦导致各流束之间具有相对运动，流速较快与流速较慢的流束形成方向相反的切应力从而导致液体形成涡体，发生激烈的紊动，形成水流噪声。湍流中随机性和拟序结构运动的规律性，导致流体的各种物理参数（如速度、压力和温度等）随时空近乎随机变化，湍流物理参数的这种脉动是诱发水动力噪声的首要原因。在测量该类型噪声时，选择平直段水槽进行测量再减去水流与流道作用噪声，以此计算出水流自身紊动产生的噪声，该实验测得在水流流速小于6m/s时其噪声谱显示为衰减下降的曲线，主频位于500Hz以下的低频段。水流通过压力管道流入水电站，在管道弯管处由于内侧水流流速梯度较大，水流易形成旋涡，管道内流速越大，流速梯度越大，则越容易形成涡，从而产生噪声。

1.2水流中掺气产生的噪声

水电站电气噪声产生的原因之二是水流中掺气产生的噪声。水流在紊动的过程中流速增加，紊动强度迅速增大，水流中的涡体绕流产生升力，当涡体具有的竖向瞬时动能足够大，能够克服水流表面张力和自身重力跃出水面，在重力作用下重新落入水中，带入空气形成气泡  。从空气掺入到水流中随水流掺混流动至破灭的过程，形成激烈的水流掺气噪声。将水滴滴落水面掺入空气形成水声机理分为：脉动辐射噪声、初生气泡噪声及次生气泡噪声。该种噪声受掺气机理、掺气水深、掺气浓度与掺气条件等因素的影响，不同位置的掺气浓度与过水设施结构形式相关，且水流掺气程度以及气泡的位置对断面平均流速的影响，在不同工况下的其噪声受诸多因子综合作用。

2 水电站噪声分析利用

2.1电气噪声分析对发电机运行与故障诊断作用

发电机噪声的产生从原因到部位都比较复杂，一般包括机械噪声、进气噪声与排气噪声以及发电机相关的一些辅助设备因工作振动引发的噪声。发电机的振动噪声发生的位置与声波信号的频率能较准确地对发电机运行故障做出判断。振动信号由于相比噪声信号受环境干扰小的特点，因此在国外广泛与噪声信号相结合使用对发电机进行故障诊断。但振动监测技术也存在一些应用限制，如振动传感器主要监测低频信号，在带电部位或封闭装置内无法使用振动传感器等。噪声信号监测可不受上述限制，但对有效信号有效分析有更高的技术要求。对于利用噪声分析受干扰大的情况，可使用小波分析对噪声的信噪分离的新型滤波方法对噪声信号进行更精确的分析。对于在对发电机进行监测而又不影响设备正常工作的情况下，通过对设备振动与噪声进行幅值、时域、以及频率的分析，能够实时判断发电机的运行状态以及可能出现的设备故障。因机械噪声和水力噪声的频率范围都较低，所以异常声响应为电气噪声，而且异常噪声频谱范围较宽，推测故障为发电机定子局部存在放电。

2.2水电站机电设备安装质量控制

在机电设备安装过程中，必须按照规范和技术要求进行质量控制，并制定质量计划目标逐级落实。在施工中对每道工序进行自检、互检、交接检“三检”式工序交接制度，工序施工要强调严格本工序，监督上工序，服务下工序，上道工序检查不合格不应进行下道工序。质检人员及时跟踪检查工序施工情况，发现问题及时解决。水电站调速器系统结构复杂、工艺繁琐，整个装配过程协调性、连续性以及总体性较强，任何一个环节、因素出现问题，都会影响整个系统质量，甚至造成质量事故，给工程带来无法挽回的损失，因此在安装过程中的跟踪检查尤为重要。审图是安装前的开始，可以发现图纸中阀门布局不合理或法兰安装位置不易拧紧的地方，做到提前与设计、监理沟通，为整个系统安装节约时间。如：压力进、回油管穿过机墩至接力器段，由于设计原因预留孔过小，2个管道的法兰不能都安装在孔内，不易拧紧螺栓造成漏油，经沟通后修改压力进油管法兰至孔洞外。回油箱在注完油后发现底部测温探头密封垫处渗油，分析原因发现：施工人员未按照技术方案要求对回油箱进行全面检查，安装中只求进度忽视了质量。

2.3典型主设备故障跳闸应急处置步骤

主设备故障跳闸时，需要考虑的细节多，处置的过程较复杂，值班人员相对紧张，特别是值班人员还在开展其它工作时，可能会出现处置不当的现象，因此设置典型事故(事件)处置步骤指导画面非常有必要。处置步骤可根据电网、电站规程规定以及历史经验拟定。典型事故(事件)处置步骤指导画面主要包括发电机保护动作跳闸处置、安控装置动作切除发电机处置、主变跳闸处置、母线跳闸处置、高抗跳闸处置、线路跳闸处置、开关跳闸处置、突发事件信息报送要求画面等。除上述画面外，还可将与其相关的异常、故障处置的周边画面组织起来，在后期的不断完善过程中形成应急处置参考资料库。

结语

为深入贯彻习近平总书记高质量发展理念， 大力实施质量强国战略， 深入开展质量提升行动， 需持续优化水电站应用技术， 不断提升监督工作水平， 促进水电工程建设质量的高水平发展。

参考文献

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