根據振動誘發(fā)原因，水輪機組的振動原因分為三類：機械、電磁、水力脈動。電氣及機械的缺陷引起機組振動的機理是由于電磁及機械所產生的激勵力的頻率與機組轉動的頻率形成共振致使機組振動，因此在振動理論中可將電磁及機械引起的振動歸為激勵力的作用，由這類原因引起振動的重要特征是振動頻率等于轉頻或轉頻的整數倍。而水力脈動所引起的振動是機組振動的主要原因（其也是由于作用于轉輪上的激勵力所引起的振動），其表示形式如下：

1）水流繞流葉片引起的水力脈動。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。轉頻、葉頻及導葉頻率三個系列的壓力脈動均屬此類。

2）卡門渦，它只在葉片形狀及尺寸不適當時才易出現。

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

4）蝸殼進水不均勻，流道不對稱。

5）其他。如由上述原因激發(fā)的其他水力脈動等。原理也是由于上述原因所引起的頻率與機組轉動頻率形成共振而產生振動。

水輪發(fā)電機組振動故障的特點還表現在以下幾個方面：

1）水輪發(fā)電機組振動故障的漸變性。水輪發(fā)電機組的轉速與其他旋轉機械的轉速相比明顯較低，因此水輪發(fā)電機組振動故障的發(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。如水輪機部件因空化或泥沙磨損等原因導致的振動，這是水輪發(fā)電機組振動故障的一個主要特點。正是由于故障的發(fā)展有一個從量變到質變的漸進過程，使得利用狀態(tài)監(jiān)測和趨勢分析技術，捕捉事故征兆，早期預警，防范故障變得相對容易和準確。

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

3）水輪發(fā)電機組振動故障的特殊性。整個水電站的設計、施工受地理位置、地質狀況和經濟技術等多方面的影響，因此每個水電站都是專門設計的。同時水電機組運行條件還會受到電網、水溫、氣候和現場安裝等諸多因素的影響，有些影響是不可預知的。這就使得不同電站，甚至同一電站的不同機組的振動情況很不一樣，特殊案例比比皆是。這對通用型故障診斷系統(tǒng)的研究是一個極大的挑戰(zhàn)。

為了討論問題的方便，通常根據水輪發(fā)電機組主要三類振源所導致的不同類型的振動分別進行分析研究。

1. 機械原因引起的振動

機組轉動部件因不平衡、彎曲或部件脫落等原因造成的振動。

機組對中不良、法蘭連接不緊或固定件松動所引起的振動。

機組固定部件與轉動部件產生碰摩所引起的振動。

導軸承間隙過大或推力軸承調整不良等原因而引起轉子的不穩(wěn)定運動等。

機械原因引起的振動的機理，振動的各種特征以及對機組的影響都和一般旋轉機械的振動沒有本質上的差別。值得注意的是，大中型水輪發(fā)電機組一般是立軸的，從理論上講各部導軸承不承受靜載荷，軸頸無靜偏心，這與一般臥軸的旋轉機械不同，所以有些情況不能照搬。

2. 水力原因引起的振動

由于設計或制造的原因，導葉或葉片的出口邊產生卡門渦，引起中頻和高頻壓力脈動，其振動頻率與導葉或葉片數有關。

葉片進口水流沖角太大，導致葉片頭部脫流，形成葉道渦和二次流，引起高頻和中頻壓力脈動，壓力脈動的頻率為葉片數的倍數。

葉片出口流速的圓周分量過大，在尾水管內產生強烈的旋渦流動，引起低頻壓力脈動，壓力脈動的頻率一般為1/6~1/3 轉頻。

由于轉輪止漏裝置中的壓力脈動，其脈動頻率接近轉頻；在小負荷工況下，許多機組存在一個小負荷振動區(qū)，其振動頻率略高于轉頻。

其他一些偶然因素引起的水力共振，如閥門、調速器的液壓系統(tǒng)等。

水輪發(fā)電機組水力振動的特點是水力振動隨工況而變化，當機組的工作水頭不變時，水力振動的幅值隨流量或負荷的改變而變化；在同樣的負荷下，水頭的不同水力振動也不一樣：在某些條件下，相同的水頭和流量的情況下，機組的氣蝕系數不同，水力振動也不同。這就使得趨勢分析變得比較困難。水電機組水力振動的另一個特點是模型與原型機組之間的換算關系難以確定。當模型和原型相似時，在相應的工況點運行，性能的靜態(tài)值是可以換算的，如水輪機的效率。而動態(tài)值的測量卻并非如此，即使是水力相似的系統(tǒng)。在模型水輪機上進行壓力脈動測量時，測量的結果是模型和整個試驗臺系統(tǒng)的特性。通常，力的作用和它的響應之間可以用一種換算關系表達。一座模型試驗臺只有一個唯一的換算關系，它將產生唯一一種與激振力有關的響應。如果這種換算關系不是唯一的，那么就可能出現激振力的放大或衰減，從而產生與激振不同的響應。由模型的動態(tài)響應來預測原型的動態(tài)響應，必須確定模型和原型之間的換算關系。通常，水流通道的動態(tài)模擬應包括引水管、尾水管和所有有關的邊界條件，這實際上是很難達到的。這就使得通過實驗室的模型試驗來確定原型的水力振動變得比較困難。

3. 電磁力引起的機組振動

發(fā)電機定子和轉子間氣隙不均勻。

轉子及磁極線圈匝間短路。

發(fā)電機轉子主極磁場對定子幾何中心不對稱等。

這些作用力不但引起發(fā)電機轉動部分的振動，也將激起發(fā)電機定子及支承等固定部件的振動。