漢江興隆水利樞紐電站在線狀態監測系統應用研究

王方圓

(湖北省南水北調漢江興隆水利樞紐電站，湖北 武漢 430000)

漢江興隆水利樞紐電站在線狀態監測系統應用研究

王方圓

(湖北省南水北調漢江興隆水利樞紐電站，湖北 武漢 430000)

主要介紹了興隆電站在線狀態監測系統的設計原理、結構及運行過程中各監測點的具體設置，并分析了該系統在機組運行過程中的應用效果，結合我國電力行業的發展趨勢，進一步證明該系統在興隆電站應用的正確性及必要性。

在線狀態監測；結構；測點

0 引言

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內，上距丹江口樞紐378.3 km，下距河口273.7 km。興隆水利樞紐作為漢江中下游4項治理工程之一，主要開發任務以灌溉和航運為主，同時兼顧發電。該電站為低水頭河床徑流式水電站，主要由引水渠、進水口、主廠房、安裝場、下游副廠房、尾水渠等水工建筑物組成。電站總裝機容量40 MW，單機容量10 MW，采用燈泡貫流式水輪發電機組。本電站4臺機組的在線狀態監測系統均采用PSTA2100系統軟件，可實現對機組各部位運行狀態的監測以及對各部位變化趨勢的分析，還可對機組運行狀態、異常及故障進行分析診斷，對發揮興隆水電站的效能起到了明顯作用。

1 設計原理

利用水輪發電機組在運行中產生振動的三大原因(水力因素、電氣因素、機械因素)及其他具體因素，結合現代科學技術中的傳感技術、數據采集處理技術、計算機技術、網絡技術等，研制出水輪發電機組在線狀態監測系統。利用各流道壓力及壓力脈動傳感器測量水力對機組振動的影響，用各部位機架振動、擺度、抬機量傳感器測量振動值和機械振動情況，以環境量(工況量)、有功功率、轉子電壓電流、開關接點配合判斷電氣參數對振動的影響。利用各種專用分析工具和分析診斷軟件，得出相應的量化準確數據，進行分析診斷。

2 系統結構

2.1 系統結構圖

系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖

2.2 基本結構

水輪發電機組在線狀態監測系統所包括的各子系統都應采用分層分布式結構，由傳感器單元、數據采集(下位機)單元組成，連接于共用的上位機單元。

(1) 傳感器單元。傳感器單元是指在線狀態監測系統所用到的各種傳感器及其附屬部件，是狀態在線監測及分析診斷系統的基礎測量部件。如電渦流位移傳感器、電容式位移傳感器、磁場強度傳感器、低頻速度傳感器、加速度傳感器、噪聲傳感器、變壓器油中氣體含量傳感器、壓力脈動傳感器、差壓變送器以及各種型式的電容耦合器等。

(2) 數據采集單元。數據采集單元是指完成信號采集和處理的裝置及其輔助設備，其核心設備是數據采集箱。每臺機組的數據采集單元應集中組屏，通常置于發電機旁。數據采集單元應具有現地監測、數據顯示存儲分析及本子系統調試功能，以實現對本子系統的測量。

(3) 上位機單元。上位機單元是指狀態數據服務器、WEB服務器、工程師工作站、網絡及網絡隔離設備、打印機等。其中工程師工作站置于電站主控室或其辦公室內，其余設備置于監控機房(計算機室)。網絡傳輸應采用開放的分層分布式以太網網絡結構，并滿足工業通用的國際標準規約。

3 測點配置

水輪發電機組在線狀態監測系統的測點配置應根據不同類型水輪發電機組的結構特點合理進行，以使監測分析結果準確全面地反映機組狀態。以下為貫流式機組測點配置(圖2)。

圖2 運行狀態監測圖

(1) 鍵相測點。每臺水輪發電機組的在線狀態監測系統應設置一個鍵相測點，通常在被測機組主軸上設置10～15 mm寬的一個凸鍵，與相應的非接觸式位移傳感器組成鍵相測量。當凸鍵隨主軸轉動至傳感器位置時，傳感器便會產生鍵相信號。

(2) 擺度測點。分別在組合軸承和水導軸承的徑向設置2個測點，即在垂線(+Y)方向安裝測量軸的上下方向擺度，在水平(+X)方向安裝測量水平方向擺度。

(3) 振動測點。分別在組合軸承和水導軸承處各設置2個徑向振動測點，即在垂線(+Y)方向安裝測量軸的上下方向振動，在水平(+X)方向安裝測量水平方向振動。有條件時可在燈泡體上設置1～2個徑向振動測點，也可在轉輪室設置振動測點。

(4) 軸向位移測點。應在軸向設置1個軸向位移測點。

(5) 壓力和壓力脈動測點。應在以下地方設置壓力脈動測點：流道進口1個、轉輪前后各1個、尾水管進口1個。壓力脈動測點應盡可能靠近取壓口(管路盡可能短)，且和水力量測用的壓力測點分開設置。

(6) 定子鐵芯振動測點。需要監測定子鐵芯振動時，可安裝1～2組發電機定子鐵芯振動測點，每組包括1個水平(徑向)和1個垂直(軸向)振動測點。定子鐵芯振動測點通常布置在定子鐵芯的上部齒壓板上。

(7) 發電機空氣間隙測點。發電機氣隙測點的數量和布置應根據水輪發電機的容量、尺寸和定子鐵芯高度等參數決定。一般在鐵芯上部設置4個(+X，+Y，+Y-X之間兩支點的中點，-X-Y之間兩支點的中點)，定子內徑較大可設置8個(+X，+Y，-X，-Y四象限各一個；兩支點的中點各一個)。定子鐵芯高度較大時測點可在軸向分2層均勻布置，即下部安裝2個(+X，+Y)。

(8) 發電機磁通密度測點。對于需要監測磁通密度的機組，可設置1個磁通密度測點。

(9) 發電機定子繞組振動測點。對于需要監測定子繞組振動的機組，可以設置發電機線棒槽部、端部振動測點。測線棒槽部振動使用特制位移傳感器，測線棒端部振動使用抗高壓、耐高溫的傳感器。測點應盡可能減少。

(10) 發電機局部放電測點。對于需要監測發電機局部放電的機組，可根據選用裝置型號確定測點。

4 現場應用效果

本系統于2013年11月在興隆電站1#機組正式投入使用，均采用PSTA2100軟件系統，該系統能正確反映機組各部位在運行、異常、故障情況下的振動、擺度情況，實時記錄狀態信息，實施預警、報警及保護功能，便于運行人員監視、查找、分析。該系統功能強大，界面使用方便，且易于操作，減輕了運行人員的勞動強度，提高了工作效率，為機組穩定運行提供了可靠保證，為興隆電站帶來了明顯的安全、經濟效益。

[1]GB/T28570—2012 水輪發電機組狀態在線監測系統技術導則[S]

2014-06-30

王方圓(1986—)，女，陜西人，助理工程師，研究方向：水電廠運行。