閥內冷主循環泵在線監測系統的研究

劉辛裔，王 森，王 翔，張建飛

(國家電網有限公司運行分公司鄭州管理處，河南 鄭州 450000)

0 引 言

換流閥為高壓直流輸電系統的核心設備,其運行中通過的大電流會導致晶閘管和電抗器等閥組件元件溫度上升,而閥水冷系統的作用就是帶走換流閥正常運行時所產生的熱量,防止閥體溫度過高導致元件損壞。因此閥水冷系統的正常工作，是換流閥可靠運行的重要保證。主循環泵為閥內水冷系統提供循環動力，可以說是閥內水冷系統的核心設備。主循環泵故障會直接影響閥內冷系統對換流閥的冷卻效果甚至導致直流系統停運。本文對中州換流站以往主循環泵故障事例及機械結構深入分析：主循環泵故障主要為軸封漏水，現階段的技術只能對軸封漏水進行檢測，當漏水檢測裝置檢測到報警時，表明主循環泵漏水已比較嚴重，運維人員幾乎沒有時間進行事故隔離。經過多年數據經驗分析，本文認為原因是泵組運行過程中同軸度偏差值過大，而主循環泵同軸度偏差最直觀的反映為軸承發熱和泵組振動值偏大[1-3]。

本文研究出一套閥內冷主循環泵在線監測系統，提前規避因主循環泵故障導致直流系統故障，方案通過實時監測主循環泵軸承運行溫度和泵組振動值，將監測數據橫向和縱向對比，可以更全面了解主循環泵運行工況是否正常，在主循環泵出現故障前及時發現問題，最大限度的保證閥冷系統的正常運行。

1 硬件設計

主循環泵在線監測裝置通過合理布置主循環泵的監測點和傳感器型號對主循環泵的振動和溫度進行實時監測，監測數據以二進制 4～20 mA 的形式傳送至水冷系統控制系統。實時監測的數據和報警信息以軟報文形式傳送至主控室顯示屏，方便工作人員遠端查看，如圖1所示。

圖1 閥冷主循環泵溫度和振動監測數據傳輸結構圖

1.1 溫度傳感器的布置

軸承是主循環泵極為重要的一部分，且軸承的運行狀態很大程度上反映了主循環泵的狀態，可通過監測軸承的溫升來判斷主循環泵是否正常運行。因此，主循環泵側軸承和電機側的溫度監測成為掌握主循環泵運行狀況的重要參考依據。根據泵在運行時主要的溫升點對泵進行溫度監測，本次研究選用溫度傳感器布置在泵側軸承和電機側軸承的表面溫度進行實時監測，泵側軸承和電機側軸承溫度監測點如圖2所示。

圖2 溫度傳感器安裝監測點

1.2 振動傳感器的布置

每臺主循環泵共安裝有4個振動傳感器，分別用于監測泵側水平振動、電機側水平振動、泵側豎直振動、電機側豎直振動，安裝監測點如圖3、圖4所示。

圖3 豎直振動傳感器安裝監測點

圖4 水平振動傳感器安裝監測點

1.3 傳感器參數

主循環泵軸承箱運行時溫度不會超過 120℃，為確保測量精度，溫度傳感器選用熱電阻傳感器，該類型傳感器的主要技術參數如表1所示。溫度變送器采用先進的電路模塊集成技術組成變送器，可與不同的溫度傳感器連接，用以實現對環境溫度和介質的測量，輸出標準的4～20 mA電流信號。該變送器采用專有線路，線性好，負載能力強，抗干擾能力強。

表1 溫度傳感器參數

表2 振動傳感器參數

2 軟件設計

系統控制流程圖如圖5。

圖5 系統控制流程圖

系統的軟件設計包括計算機的初始化，溫度傳感器采集設計，顯示器循環顯示軸承、電機的實時溫度和振動數據，溫度、振動數據的分析及存儲設計，局域網數據共享和遠程監測，通過主程序將各個子程序模塊串接起來成為一個能夠對軸承、電機溫度及振動頻率實現監測、分析并顯示的一個整體。

軟件采用定時中斷的工作方式，每隔2 ms對各個傳輸到CPU的測量值進行輪流采樣，通過數字濾波技術消除干擾，進行數據處理，計算出相應的軸承和電機的溫度及振動頻率，根據軸承、電機的實時溫度與振動頻率對照國家標準判斷是否發出警報。

運行中的主循環泵振動及主循環泵軸承溫度實時顯示在OWS后臺，運行監盤人員可以方便地查看主循環泵的運行參數，通過數據的橫向對比，判斷某臺主循環泵是否運行良好；運行人員也可以通過查看某臺主循環泵的歷史數據，判斷該臺主循環泵運行趨勢；當主循環泵運行參數超過系統設定值時，OWS后臺發相應的報警信息，提醒運維人員對故障進行處理。

3 結 論

本裝置根據換流閥主循環泵軸承溫度及泵組振動值變化為研究的基礎，開發了換流站閥冷系統主循環泵軸承溫度及泵組振動監測裝置，實現了對主循環泵軸承及泵組的實時遠端監控，減少了工人去現場檢測的頻率，延緩了軸承溫度過高及泵組振動過頻引起的損害，提高了換流站閥冷系統的穩定性。