測振測擺系統(tǒng)在電廠的實踐與應(yīng)用

黃勁松，何繼全

（1.丹江口水利樞紐小水電有限公司，湖北 丹江口 442700；2.北京中元瑞訊科技有限公司，北京 100084）

測振測擺系統(tǒng)在電廠的實踐與應(yīng)用

黃勁松1，何繼全2

（1.丹江口水利樞紐小水電有限公司，湖北 丹江口 442700；2.北京中元瑞訊科技有限公司，北京 100084）

針對丹江口水利樞紐小水電有限公司機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了詳細(xì)介紹與總結(jié)，為電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對水力機組的安全穩(wěn)定運行和故障分析判斷提供了寶貴的技術(shù)支持。

狀態(tài)監(jiān)測；測振測擺系統(tǒng)；電廠；應(yīng)用

1 工程概況

丹江口水利樞紐小水電有限公司位于湖北省丹江口市境內(nèi)，電站是一座引水壩后式廠房，裝有2臺額定容量為20 MW的混流式水輪發(fā)電機組，1992年機組投產(chǎn)發(fā)電。該電廠之前測量振動和擺度是靠值班人員每天定期采用擺度表人工測量，由于每次測量的人員不一定是同一人，測量的方式簡單，所以測量數(shù)據(jù)誤差較大，無法滿足數(shù)據(jù)的分析要求，尤其是無法滿足“無人值班，少人值守”的經(jīng)營理念。在2013年機組進行改造后，這個問題越發(fā)突出，為了保證水輪發(fā)電機組在大壩加高后能安全穩(wěn)定運行，使運行人員更好的監(jiān)視水輪發(fā)電機組的運行狀況，更好的指導(dǎo)檢修人員對水輪發(fā)電機的檢修工作，公司在2015年開始逐步投入GMH550在線監(jiān)測系統(tǒng)，為機組建立功能全面、實用性強的故障診斷分析系統(tǒng)，提供實時監(jiān)測、報警、振動保護、故障診斷分析、智能診斷報告等一系列工具和手段，快速準(zhǔn)確的完成現(xiàn)場試驗及故障診斷任務(wù)，以一機一策為原則，設(shè)計一套結(jié)合報警保護定值、延時策略、保護動作策略為一體的水電機組振擺報警保護系統(tǒng)，為全場機組安全運行提供有力保證，也為實施智能化水電廠組建必要條件。

2 系統(tǒng)簡介

此次改造選用的GMH550狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是北京中元瑞訊科技有限公司自主研發(fā)的針對水輪發(fā)電機組現(xiàn)場應(yīng)用的狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品，該產(chǎn)品具備對水輪機、發(fā)電機的實時在線監(jiān)測、分析與診斷功能。小水電有限公司兩臺機組的現(xiàn)地下位機設(shè)備共用一臺屏柜，放置在低壓開關(guān)室內(nèi)，每臺機組采用一套獨立的在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要具備以下功能：

2.1 常規(guī)功能

系統(tǒng)引進了單機配置測點共20個，包括鍵相信號（1個），上導(dǎo)軸承，下導(dǎo)軸承，水導(dǎo)軸承X、Y向擺度（6個），大軸軸向位移（Z向）（3個），上機架、下機架、頂蓋振動（9個），導(dǎo)葉后壓力脈動（1個）。通過監(jiān)測這些振擺變量，能夠及時掌握機組的運行狀態(tài)，還可以了解機組各組成部件的狀態(tài)，如大軸軸線狀態(tài)，導(dǎo)軸承狀態(tài)，推力軸承狀態(tài)，支架振動等，機組穩(wěn)態(tài)性能的狀態(tài)，過渡過程狀態(tài)以及水力參數(shù)狀態(tài)等。

系統(tǒng)能夠提供以下常規(guī)功能：

（1）實時監(jiān)測功能：系統(tǒng)以曲線、數(shù)值、圖表等形式（如機組概況圖，數(shù)值表圖，壓力脈動圖，軸心軌跡圖等）對機組當(dāng)前的運行狀態(tài)進行同步監(jiān)視和顯示，將機組的各種狀態(tài)分析數(shù)據(jù)，通過多個不同的頁面展現(xiàn)出來。實時監(jiān)測系統(tǒng)同時會將各通道的報警狀態(tài)在監(jiān)測終端同步顯示，電站運行人員可以根據(jù)這些狀態(tài)判定是否需要檢修維護人員參與機組檢查調(diào)整。

（2）數(shù)據(jù)分析功能：該功能將已經(jīng)存儲的歷史數(shù)據(jù)，經(jīng)過特定的算法、加工，以曲線、圖形、表格、文字的形式提供出來，以幫助技術(shù)人員分析機組的運行狀況以及發(fā)現(xiàn)故障。系統(tǒng)中常用的分析工具有：時域信號圖、功率譜圖、階次比分析圖、數(shù)值列表分析、頻譜陣列圖、過渡過程波形回放等等。

（3）智能診斷功能：系統(tǒng)能夠自動篩選數(shù)據(jù)和根據(jù)故障或缺陷模型進行計算、分析推理、判定，提供設(shè)備運行狀態(tài)評價報告和設(shè)備運行故障或缺陷分析診斷報告。

（4）機組試驗功能：系統(tǒng)支持穩(wěn)定性試驗，包括開（停）機試驗、過速試驗、甩負(fù)荷試驗、空載擾動試驗、發(fā)電機升流試驗、發(fā)電機升壓試驗、相對效率試驗、盤車試驗、動平衡試驗、導(dǎo)葉漏水量試驗。GMH550在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠依照相關(guān)的試驗規(guī)程實現(xiàn)現(xiàn)地試驗的自動化數(shù)據(jù)采集錄波和試驗分析報告的自動化生成。

（5）數(shù)據(jù)管理功能：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效狀態(tài)信息的自動記錄和手動錄波，能夠通過通訊方式從監(jiān)控系統(tǒng)獲取諸如瓦溫、油溫、定子溫度等參數(shù)，以便對數(shù)據(jù)進行綜合分析，同時，系統(tǒng)還能將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)測量到的機組振擺、壓力脈動等參數(shù)和報警信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)中。

（6）報警保護和預(yù)警功能：在標(biāo)準(zhǔn)的使用上，綜合參照國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)，同時根據(jù)機組的實際運行狀況，區(qū)分工況劃分設(shè)定不同的整定值和時延值，其中包括穩(wěn)定工況運行過程，非穩(wěn)定運行工況，起停機過程，負(fù)荷調(diào)整工況以及其他特殊工況。

2.2 特色功能

系統(tǒng)還能夠提供以下特色功能：

（1）引入了語音報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了報警功能的智能化，傳統(tǒng)的報警功能主要是通過編輯報警規(guī)則，由繼電器的開閉將報警信號傳遞至監(jiān)控或保護裝置中，由監(jiān)控或保護裝置通過判斷繼電器節(jié)點的動作情況來判斷機組振擺數(shù)值是否超標(biāo)。這種報警方式能夠傳遞的信息量非常有限，只能提供簡單的測點數(shù)值是否越線，不能提供報警的數(shù)值和報警工況等信息，也不能有效的區(qū)分究竟是哪個測點在超標(biāo)，對分析和判斷機組故障能夠給出的信息不夠清晰明朗，為改進機組運行也提供不了太大的幫助。本次提供的數(shù)值超標(biāo)語音報警系統(tǒng)，內(nèi)容豐富清晰，不僅可以通過語音提示測點數(shù)值超標(biāo)，而且可以將測點超標(biāo)時的機組運行工況、哪個測點超標(biāo)及超標(biāo)時的數(shù)值及時間也一并通過語音進行播報，如此能夠即時得到關(guān)于振擺數(shù)值超標(biāo)更全面的信息，有利于現(xiàn)場的分析判斷，方便對超標(biāo)信號進行更全面的分析處理，為檢修和合理規(guī)劃機組運行提供依據(jù)。語音報警的流程圖如圖1所示。

圖1 語音報警流程圖

（2）將輔助分析參數(shù)引入到了在線監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠更全面與準(zhǔn)確地進行信號分析。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)只是對振動、擺度數(shù)值進行監(jiān)測分析，導(dǎo)致分析的數(shù)據(jù)不夠全面，進行故障分析診斷時不夠準(zhǔn)確，本次改造實現(xiàn)了機組振動、擺度、壓力、瓦溫、油溫、定子線圈、空冷器等多種項目的監(jiān)測，通過引入這些輔助信息，能夠更準(zhǔn)確地確定機組的故障點，為故障診斷分析提供更進一步的依據(jù)。

3 系統(tǒng)運行實踐與應(yīng)用

圖2為GMH550測振測擺系統(tǒng)中某次開機過程的上導(dǎo)瓦溫變化圖，結(jié)合表1可以發(fā)現(xiàn)，在開機過程中，開機時機組上導(dǎo)3號、4號和7號瓦溫較高，1號、2號瓦溫較低，且各個瓦溫溫差較大，最大偏差約6℃。隨著機組運行，在機組負(fù)荷（22 MW）不變的情況下，機組各個瓦溫一直緩慢升高，最高的瓦溫升高了6℃，另外結(jié)合圖3可以看出，此過程中推力槽油位的變化量在3 μm左右，即推力槽油位變化并不明顯。

一般情況下，在瓦間隙調(diào)整合理的情況下，若振擺數(shù)值偏大，會導(dǎo)致瓦溫上升很快，但本案例中上導(dǎo)擺度數(shù)值不大，而瓦溫上升很快，導(dǎo)致這種情況的原因一般有以下幾種：

（1）軸瓦間隙不當(dāng)，導(dǎo)致軸瓦受力較大，同等散熱條件下，瓦溫升高會變快；

（2）油位不正常，導(dǎo)致散熱量不足，使得瓦溫升高過快；

圖2 開機過程上導(dǎo)瓦溫的變化

圖3 開機過程上導(dǎo)擺度與上導(dǎo)擺度間隙變化

表1 上導(dǎo)瓦溫在開機過程中的變化值

（3）油循環(huán)不暢，導(dǎo)致機組散熱條件變差，瓦溫升高變快。

機組停機后對上導(dǎo)瓦進行檢查，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)瓦變形導(dǎo)致上導(dǎo)瓦間隙變化，使得上導(dǎo)瓦受力較大，故出現(xiàn)了上導(dǎo)瓦溫偏高且無法穩(wěn)定的現(xiàn)象，重新調(diào)整了上導(dǎo)瓦后開機觀察，上導(dǎo)瓦溫升恢復(fù)正常，穩(wěn)定在43℃左右（如圖4）。

圖4 調(diào)整后開機過程上導(dǎo)瓦溫變化

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場運行，GMH550測振測擺系統(tǒng)在機組檢修、安全運行以及機組故障診斷等方面正在發(fā)揮越來越多的作用，狀態(tài)監(jiān)測在穩(wěn)定性和功能的實用性方面有了大幅度的提高。

［1］王 宏.水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測與診斷現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.華東電力，2010（8）：1177-1180.

［2］張禮達(dá)，任臘春.水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.水利水電科技進展，2007（5）：85-89.

［3］劉曉亭.水力機組現(xiàn)場測試手冊［M］.北京：水利電力出版社. 1993.

［4］范春學(xué).水輪發(fā)電機組故障機理研究及專家系統(tǒng)［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2003.

TV736

B

1672-5387（2016）07-0032-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.010

2016-04-20

黃勁松（1973-），女，工程師，從事水電站生產(chǎn)管理工作。