推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在仙游抽水蓄能電站的應(yīng)用

張 濤，郭旭有，王 濤，周旭磊，余 睿

（福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351200）

0 引言

福建仙游抽水蓄能電站某機(jī)組在定檢時(shí)發(fā)現(xiàn)推力瓦存在著刮瓦現(xiàn)象，這種現(xiàn)象如果惡化就會(huì)導(dǎo)致推力瓦燒瓦事故，造成這種現(xiàn)象的原因很可能是機(jī)組在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于油膜形成條件變差所致，但由于缺乏對(duì)于推力軸承的有效監(jiān)測(cè)手段，故無(wú)法對(duì)此類故障實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)警、監(jiān)視和定位，因此具備一套推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力軸承運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)視對(duì)于目前機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性需求迫在眉睫。

本文通過(guò)介紹推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，旨在介紹推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在仙游抽水蓄能電站的實(shí)際應(yīng)用，為推廣推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在行業(yè)的發(fā)展做出一份貢獻(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

此次機(jī)組加裝的推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為GMH550 推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由軟件和硬件兩部分組成。

（1）系統(tǒng)軟件

GMH550 推力軸承在線監(jiān)測(cè)及分析診斷軟件主要由設(shè)置程序、監(jiān)測(cè)程序和分析診斷程序構(gòu)成。其中，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)程序功能模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和報(bào)警保護(hù)模塊，該模塊主要提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警保護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)配置。系統(tǒng)分析診斷程序功能模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析及故障診斷的核心模塊，該模塊主要提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、歷史數(shù)據(jù)分析功能、運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)功能、檢修狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)功能。

（2）系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件構(gòu)成主要包括：現(xiàn)地測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理單元。其中，數(shù)據(jù)采集裝置采用DMS100 數(shù)據(jù)采集器，負(fù)責(zé)采集傳感器信號(hào)和其他數(shù)據(jù)接入，經(jīng)采集器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理去偽存真，得到能準(zhǔn)確代表被測(cè)量的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參量

此次加裝的推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除傳統(tǒng)的振擺/溫度等基本監(jiān)測(cè)量以外，增加了體現(xiàn)推力軸承故障類型的核心參量。

（1）機(jī)組振擺/壓力測(cè)點(diǎn)

本系統(tǒng)通過(guò)機(jī)組振擺在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)速、上導(dǎo)X/Y 擺度、下導(dǎo)X/Y 擺度、水導(dǎo)X/Y 擺度、上機(jī)架垂直振動(dòng)等8 個(gè)信號(hào)。加裝傳感器測(cè)點(diǎn)5 個(gè)，包括：機(jī)組抬機(jī)量（現(xiàn)場(chǎng)條件決定安裝于鏡板上端面）信號(hào)3 個(gè)，推力軸承總進(jìn)油量1 個(gè)，推力軸承總冷卻水量1 個(gè)。

（2）運(yùn)行工況測(cè)點(diǎn)

通過(guò)與監(jiān)控系統(tǒng)通信，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析所需的部分工況量，監(jiān)控信號(hào)包括有功功率、無(wú)功功率、導(dǎo)葉開(kāi)度、轉(zhuǎn)子電流、上下游水位、推力軸承瓦溫、油溫、油位、推力油冷卻器油溫、冷卻水總進(jìn)水管溫度、冷卻水總出水管溫度、高壓油減載裝置油泵出水口壓力、推力外循環(huán)冷卻器冷卻水流量、機(jī)組水頭等信號(hào)。

通過(guò)機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引入發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)、勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、發(fā)電工況開(kāi)關(guān)、抽水工況開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

（3）核心監(jiān)測(cè)參數(shù)

系統(tǒng)通過(guò)研究推力軸承故障類型及理論算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)影響推力運(yùn)行穩(wěn)定性的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，參數(shù)包含：推力瓦不水平及不水平方位、主軸和鏡板不垂直、鏡板波浪度、推力油膜綜合厚度、鏡板抬機(jī)量等。

同時(shí)，系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)的GPS 對(duì)時(shí)功能引入推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)分析完善和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)確一致。

3 系統(tǒng)功能介紹

此次加裝的GMH550 推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力軸承運(yùn)行狀態(tài)、健康狀況實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)推力軸承運(yùn)行中存在的潛在缺陷和問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估和預(yù)判，確保推力軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。主要功能包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)推力軸承運(yùn)行狀態(tài)的全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本系統(tǒng)除了監(jiān)測(cè)推力瓦溫、推力油槽油溫、油位等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)及簡(jiǎn)單溫度報(bào)警外，最重要的是實(shí)現(xiàn)了包括推力瓦不水平及不水平方位，主軸和鏡板不垂直、鏡板波浪度、鏡板抬機(jī)量關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在參數(shù)異常時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)推力瓦與鏡板間油膜厚度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警。

油膜的形成是確保推力正常運(yùn)行的關(guān)鍵，從推力軸承的故障現(xiàn)象可以看出，大部分的故障都是由于機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中由于油膜被破壞而導(dǎo)致了推力軸承故障，因此實(shí)現(xiàn)油膜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于確保推力穩(wěn)定運(yùn)行，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。目前在油膜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面還處于空白階段，本系統(tǒng)通過(guò)合理的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)油膜厚度精確的計(jì)算，并實(shí)時(shí)對(duì)油膜厚度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在油膜低于最小油膜厚度時(shí)能夠及時(shí)預(yù)警。

（3）實(shí)現(xiàn)推力軸承運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)及故障診斷。

推力軸承的運(yùn)行穩(wěn)定性受多個(gè)參數(shù)的影響，對(duì)于運(yùn)行中的機(jī)組，最主要的參數(shù)包括溫度（油溫及瓦溫）、負(fù)荷、水頭以及機(jī)組的振動(dòng)擺度，通過(guò)油膜與這些參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，可以有效地了解推力的運(yùn)行狀態(tài)，從而做到合理規(guī)劃?rùn)C(jī)組運(yùn)行，提高推力軸承的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)、自動(dòng)報(bào)告的模式，掌握推力在各個(gè)工況下的運(yùn)行規(guī)律，對(duì)于評(píng)估推力的運(yùn)行狀態(tài)有很大的幫助。

（4）實(shí)現(xiàn)推力軸承檢修狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)。

對(duì)于推力軸承，其檢修安裝質(zhì)量非常關(guān)鍵，包括推力瓦水平，主軸與鏡板不垂直等，國(guó)標(biāo)中對(duì)這些參數(shù)也有了明確地要求，如檢修質(zhì)量不合格，會(huì)直接影響到推力軸承的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)通過(guò)推力軸承檢修狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)的方法，對(duì)確保推力的穩(wěn)定運(yùn)行有非常大的幫助。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

結(jié)合仙游抽水蓄能電站機(jī)組檢修，將推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝于現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果。

（1）全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

機(jī)組運(yùn)行工況分為抽水和發(fā)電兩種工況，以下列舉了系統(tǒng)在不同工況條件下核心參數(shù)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表1 穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)

從表1 可見(jiàn)，本系統(tǒng)在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)推力軸承在線監(jiān)測(cè)的核心參量均有效顯示并記錄。

（2）運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)報(bào)告

表2 狀態(tài)評(píng)價(jià)明細(xì)表

從狀態(tài)評(píng)價(jià)明細(xì)表可以看出，機(jī)組在發(fā)電工況下，抬機(jī)量的計(jì)算值隨負(fù)荷升高而變大，油膜厚度隨負(fù)荷升高而變小。機(jī)組在抽水工況下，彈性油箱受力變化不明顯，油膜厚度在合理范圍。

說(shuō)明：推力油膜厚度主要影響因素有負(fù)荷、溫度和水位等。發(fā)電工況下，機(jī)組負(fù)荷增大，彈性油箱受力變形，鏡板下降，實(shí)際安裝探頭測(cè)量鏡板上端面，因此抬機(jī)量增大，油膜厚度計(jì)算值變小。抽水工況下，彈性油箱受力變化不明顯，主要受溫度和水位影響。

（3）檢修狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)報(bào)告

1）參數(shù)匯總評(píng)價(jià)

表3 參數(shù)匯總評(píng)價(jià)

2）參考軸線姿態(tài)見(jiàn)圖1 和圖2。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次通過(guò)在仙游抽水蓄能電站機(jī)組上建立推力軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)提高機(jī)組推力軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性有很大幫助。同時(shí)為我廠實(shí)現(xiàn)推力軸承狀態(tài)檢修提供了有力的技術(shù)支持，為后續(xù)合理安排檢修，降低維修成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提供了可靠保證，對(duì)同類型機(jī)組水電廠具備有推廣價(jià)值。目前系統(tǒng)的功能我廠還在進(jìn)一步的熟悉過(guò)程中，希望在后續(xù)的使用中能夠更好的發(fā)揮系統(tǒng)功效。

圖1 高速點(diǎn)軸線姿態(tài)（轉(zhuǎn)速：418.65 r/min)

圖2 低速點(diǎn)軸線姿態(tài)（轉(zhuǎn)速：30.98 r/min）