针对老水电站机组稳定运行域窄、振动超标的问题，通过结构模态分析、水力激振频谱测试及轴系动态评估，定位振动主因并评估共振风险。测试结果表明：导叶以弯曲或扭转振型为主，顶盖与转轮呈现伞型振动及四节点变形，其固有频率均能有效避开水力激振主频；轴系临界转速及水体自振频率均满足避频要求，能排除共振风险。振动超标主因包括2点：井字形上机架刚度不足，导致转频（2.27 Hz）水平振动能量的传递；尾水管涡带诱发的0.61 Hz低频压力脉动逆向传播至蜗壳，与机械不平衡叠加，放大了下机架垂向振动及主轴摆度。所提方法揭示了多源激励耦合振动机制，为老机组振动治理提供了理论支撑与工程实践路径。