3　原因分析

由以上对厂房局部构件振动情况的描述，产生以下两个问题：

（1）为什么3种工况下三层（发电机层、母线层以及水轮机层）楼板的垂直振动主频均为100Hz？该频率激振源来自哪里？

（2）机组250MW负荷稳定运行时，为什么水轮机层立柱的水平振动如此强烈？是否存在共振现象？

张河湾电站机组额定转速为333.3r/min，转频为5.555Hz，转轮叶片数为9，叶片过流频率为50Hz，2倍叶片过流频率则为100Hz。此外，如果发电电动机负序电流出现异常或定子铁芯松动，也会产生100Hz激振源。随着发电电动机设计和安装水平的不断提高，近些年由于发电电动机的自身问题产生100Hz激振源的案例几乎没有，且根据机组额定转速变励磁电流试验结果排除了这种可能性。因此，引起厂房局部构件振动的激振源一定是来自水力因素，确切地说来自机组内部的压力脉动。

对于抽蓄机组，活动导叶与转轮动静干涉产生的压力脉动（无叶区压力脉动）往往是引起机组和厂房振动的主要激振源，其特征频率为叶片过流频率及其谐频。图4为3号机组150MW、200MW、250MW负荷工况下（平均静水头316.23m）的压力脉动频谱图，可以看出：蜗壳进口、顶盖下、无叶区处的压力脉动均存在比较明显的50Hz、100Hz成分，还存在较小幅度的150Hz成分，充分说明动静干涉的影响在机组上下游进行了传播。机组内部压力脉动主要通过顶盖座环和蜗壳将激振力传递给厂房构件，为什么三层（发电机层、母线层以及水轮机层）楼板的垂直振动主频均为100Hz？为什么100Hz分量幅值占绝对主导地位（图3）？50Hz分量幅值那么弱小？答案只能是100Hz分量幅值的影响由于激振力与振动体的共同作用被显著提高。为证明这个推论，开展了厂房局部构件如水轮机层立柱等的固有频率测试。

水轮机层立柱的固有频率测试选择了2根大柱子以及楼梯下的1根小柱子，共12个测点，进行了18次敲击试验，测点布置如图5所示。12个测点的振动频谱如图6所示，频谱图中的测点标示说明如下：X、Y表示信号方向，mid表示敲击柱子的中部，oppo代表敲击的方向在测点的对面。

由图6可以看出，水轮机层立柱12个测点振动的第一阶主频与100Hz的相对差值均在±20%之内，尤其是第1～8个测点，第一阶主频与100Hz非常接近，当压力脉动引起的激振力传递到立柱上时，100Hz分量幅值的作用效果被显著放大，并由此导致立柱水平剧烈振动。立柱装嵌在楼板之中，立柱的牵连作用导致楼板的强迫振动，这就是张河湾电站厂房局部构件强烈振动的原因。