根據(jù)振動(dòng)誘發(fā)原因，水輪機(jī)組的振動(dòng)原因分為三類：機(jī)械、電磁、水力脈動(dòng)。電氣及機(jī)械的缺陷引起機(jī)組振動(dòng)的機(jī)理是由于電磁及機(jī)械所產(chǎn)生的激勵(lì)力的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率形成共振致使機(jī)組振動(dòng)，因此在振動(dòng)理論中可將電磁及機(jī)械引起的振動(dòng)歸為激勵(lì)力的作用，由這類原因引起振動(dòng)的重要特征是振動(dòng)頻率等于轉(zhuǎn)頻或轉(zhuǎn)頻的整數(shù)倍。而水力脈動(dòng)所引起的振動(dòng)是機(jī)組振動(dòng)的主要原因（其也是由于作用于轉(zhuǎn)輪上的激勵(lì)力所引起的振動(dòng)），其表示形式如下：

1）水流繞流葉片引起的水力脈動(dòng)。它包括由于工況不好引起的和葉形不好引起的兩種情況。這是最主要、也是最常遇到的激振原因。轉(zhuǎn)頻、葉頻及導(dǎo)葉頻率三個(gè)系列的壓力脈動(dòng)均屬此類。

2）卡門渦，它只在葉片形狀及尺寸不適當(dāng)時(shí)才易出現(xiàn)。

3）尾水管渦帶，該形式多發(fā)生在螺旋槳式水輪機(jī)及轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)螺旋槳工況下。

4）蝸殼進(jìn)水不均勻，流道不對(duì)稱。

5）其他。如由上述原因激發(fā)的其他水力脈動(dòng)等。原理也是由于上述原因所引起的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率形成共振而產(chǎn)生振動(dòng)。

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的特點(diǎn)還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的漸變性。水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速與其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速相比明顯較低，因此水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的發(fā)展一般屬于漸變性或耗損性故障，有磨損和疲勞特征，突發(fā)的惡性事故較少。如水輪機(jī)部件因空化或泥沙磨損等原因?qū)е碌恼駝?dòng)，這是水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的一個(gè)主要特點(diǎn)。正是由于故障的發(fā)展有一個(gè)從量變到質(zhì)變的漸進(jìn)過(guò)程，使得利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析技術(shù)，捕捉事故征兆，早期預(yù)警，防范故障變得相對(duì)容易和準(zhǔn)確。

2）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的復(fù)雜多樣性。水輪發(fā)電機(jī)組是一個(gè)涉及機(jī)械、電磁和水力的復(fù)雜系統(tǒng)。在機(jī)組運(yùn)行中，除了機(jī)械因素外，還有電磁和水力因素的影響，使得機(jī)組某些部件產(chǎn)生振動(dòng)，而且機(jī)械、電磁、水力這三者在機(jī)組運(yùn)行中是相互影響的。因此，機(jī)組振動(dòng)可能是機(jī)械、電磁、水力三者中的某一個(gè)因素引起的單一振動(dòng)，也可能是幾種因素共同作用的耦合振動(dòng)，振動(dòng)機(jī)理比較復(fù)雜，直觀判斷和簡(jiǎn)單的測(cè)試手段有時(shí)還很難找到主導(dǎo)性故障原因。

3）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的特殊性。整個(gè)水電站的設(shè)計(jì)、施工受地理位置、地質(zhì)狀況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)等多方面的影響，因此每個(gè)水電站都是專門設(shè)計(jì)的。同時(shí)水電機(jī)組運(yùn)行條件還會(huì)受到電網(wǎng)、水溫、氣候和現(xiàn)場(chǎng)安裝等諸多因素的影響，有些影響是不可預(yù)知的。這就使得不同電站，甚至同一電站的不同機(jī)組的振動(dòng)情況很不一樣，特殊案例比比皆是。這對(duì)通用型故障診斷系統(tǒng)的研究是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

為了討論問(wèn)題的方便，通常根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組主要三類振源所導(dǎo)致的不同類型的振動(dòng)分別進(jìn)行分析研究。

1. 機(jī)械原因引起的振動(dòng)

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件因不平衡、彎曲或部件脫落等原因造成的振動(dòng)。

機(jī)組對(duì)中不良、法蘭連接不緊或固定件松動(dòng)所引起的振動(dòng)。

機(jī)組固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件產(chǎn)生碰摩所引起的振動(dòng)。

導(dǎo)軸承間隙過(guò)大或推力軸承調(diào)整不良等原因而引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)等。

機(jī)械原因引起的振動(dòng)的機(jī)理，振動(dòng)的各種特征以及對(duì)機(jī)組的影響都和一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)沒(méi)有本質(zhì)上的差別。值得注意的是，大中型水輪發(fā)電機(jī)組一般是立軸的，從理論上講各部導(dǎo)軸承不承受靜載荷，軸頸無(wú)靜偏心，這與一般臥軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械不同，所以有些情況不能照搬。

2. 水力原因引起的振動(dòng)

由于設(shè)計(jì)或制造的原因，導(dǎo)葉或葉片的出口邊產(chǎn)生卡門渦，引起中頻和高頻壓力脈動(dòng)，其振動(dòng)頻率與導(dǎo)葉或葉片數(shù)有關(guān)。

葉片進(jìn)口水流沖角太大，導(dǎo)致葉片頭部脫流，形成葉道渦和二次流，引起高頻和中頻壓力脈動(dòng)，壓力脈動(dòng)的頻率為葉片數(shù)的倍數(shù)。

葉片出口流速的圓周分量過(guò)大，在尾水管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋渦流動(dòng)，引起低頻壓力脈動(dòng)，壓力脈動(dòng)的頻率一般為1/6~1/3 轉(zhuǎn)頻。

由于轉(zhuǎn)輪止漏裝置中的壓力脈動(dòng)，其脈動(dòng)頻率接近轉(zhuǎn)頻；在小負(fù)荷工況下，許多機(jī)組存在一個(gè)小負(fù)荷振動(dòng)區(qū)，其振動(dòng)頻率略高于轉(zhuǎn)頻。

其他一些偶然因素引起的水力共振，如閥門、調(diào)速器的液壓系統(tǒng)等。

水輪發(fā)電機(jī)組水力振動(dòng)的特點(diǎn)是水力振動(dòng)隨工況而變化，當(dāng)機(jī)組的工作水頭不變時(shí)，水力振動(dòng)的幅值隨流量或負(fù)荷的改變而變化；在同樣的負(fù)荷下，水頭的不同水力振動(dòng)也不一樣：在某些條件下，相同的水頭和流量的情況下，機(jī)組的氣蝕系數(shù)不同，水力振動(dòng)也不同。這就使得趨勢(shì)分析變得比較困難。水電機(jī)組水力振動(dòng)的另一個(gè)特點(diǎn)是模型與原型機(jī)組之間的換算關(guān)系難以確定。當(dāng)模型和原型相似時(shí)，在相應(yīng)的工況點(diǎn)運(yùn)行，性能的靜態(tài)值是可以換算的，如水輪機(jī)的效率。而動(dòng)態(tài)值的測(cè)量卻并非如此，即使是水力相似的系統(tǒng)。在模型水輪機(jī)上進(jìn)行壓力脈動(dòng)測(cè)量時(shí)，測(cè)量的結(jié)果是模型和整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的特性。通常，力的作用和它的響應(yīng)之間可以用一種換算關(guān)系表達(dá)。一座模型試驗(yàn)臺(tái)只有一個(gè)唯一的換算關(guān)系，它將產(chǎn)生唯一一種與激振力有關(guān)的響應(yīng)。如果這種換算關(guān)系不是唯一的，那么就可能出現(xiàn)激振力的放大或衰減，從而產(chǎn)生與激振不同的響應(yīng)。由模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)預(yù)測(cè)原型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，必須確定模型和原型之間的換算關(guān)系。通常，水流通道的動(dòng)態(tài)模擬應(yīng)包括引水管、尾水管和所有有關(guān)的邊界條件，這實(shí)際上是很難達(dá)到的。這就使得通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模型試驗(yàn)來(lái)確定原型的水力振動(dòng)變得比較困難。

3. 電磁力引起的機(jī)組振動(dòng)

發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻。

轉(zhuǎn)子及磁極線圈匝間短路。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)對(duì)定子幾何中心不對(duì)稱等。

這些作用力不但引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)，也將激起發(fā)電機(jī)定子及支承等固定部件的振動(dòng)。