畢純輝，王雪健，孫 凱，李淑鈺

（1.水力發(fā)電設(shè)備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040；2.哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱 150040；3.哈爾濱大電機(jī)研究所，哈爾濱 150040；）

前言

汽輪發(fā)電機(jī)是我國電力系統(tǒng)中最主要的發(fā)電設(shè)備，其發(fā)電總量占到我國年發(fā)電總量的70%-80%，因此保證汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行關(guān)系到我國電力生產(chǎn)的安全。目前國內(nèi)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻方式，絕大部分采用氣體直冷方式，因此保證轉(zhuǎn)子通風(fēng)道通暢，使其等效風(fēng)速值達(dá)到設(shè)計(jì)要求是保證汽輪發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

為了保證汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，對其轉(zhuǎn)子通風(fēng)道的檢驗(yàn)有嚴(yán)格的規(guī)定，為此國家還頒布了用于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢驗(yàn)的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了在汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)過程中對轉(zhuǎn)子通風(fēng)道的檢驗(yàn)過程和方法，還規(guī)定在汽輪發(fā)電機(jī)的安裝交接中以及運(yùn)行大修過程中也要進(jìn)行轉(zhuǎn)子通風(fēng)道的檢驗(yàn)。本文根據(jù)此行業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，論述了汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)。利用本文論述的智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)，在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢查試驗(yàn)中，自動(dòng)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、檢驗(yàn)報(bào)告生成實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且按照檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)判斷檢驗(yàn)結(jié)果是否合格。

1 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)硬件構(gòu)成

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)包括供風(fēng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)兩部分。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)為系統(tǒng)主要部分，由切向光電風(fēng)速傳感器、信號前置儀、筆記本電腦構(gòu)成一便攜式系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖1所示。其中切向光電傳感器把通風(fēng)道中的風(fēng)速轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，輸入到信號前置儀中；信號前置儀在筆記本電腦中測控分析軟件控制下，測量經(jīng)過整形的脈沖信號的頻率，再把測量結(jié)果通過USB接口傳送到筆記本電腦中；筆記本電腦測控分析軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)分析，并生成檢驗(yàn)報(bào)告。最后的檢驗(yàn)報(bào)告可以通過標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備輸出。

圖1 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)框圖

1.1 切向風(fēng)速傳感器

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢查試驗(yàn)，主要就是測量轉(zhuǎn)子通風(fēng)道中的風(fēng)速。目前，測量風(fēng)速的方法較多，按照原理分類，有畢托管流速測量裝置、激光風(fēng)速測量裝置、渦街式傳感器、葉輪式傳感器、熱電式傳感器等等。根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢驗(yàn)的實(shí)際要求，本文論述的系統(tǒng)采用切向葉輪式光電風(fēng)速傳感器，這種傳感器通過葉輪的旋轉(zhuǎn)把風(fēng)的流速轉(zhuǎn)換為一系列的電脈沖信號。通過在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞中的標(biāo)定，可以得到風(fēng)速與脈沖信號頻率之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，再通過測量風(fēng)速傳感器輸出信號的頻率，即可計(jì)算出風(fēng)速。切向風(fēng)速傳感器外形如圖2所示。

1.2 信號前置儀

信號前置儀為整個(gè)智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)的主要測量裝置，儀器包括信號整形處理單元、CPU中央處理控制單元、總線轉(zhuǎn)換單元及電源轉(zhuǎn)換單元等，其原理框圖如圖3所示。

數(shù)字信號整形單元由濾波電路、放大電路和整形電路組成，它把切向光電風(fēng)速傳感器傳來的電脈沖信號進(jìn)行處理變成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，輸入到中央處理控制單元；CPU在其軟件的控制下測量脈沖信號的頻率；中央處理控制單元的485通訊接口通過接口轉(zhuǎn)換模塊變換成USB接口，并在通訊軟件的控制下可以與筆記本電腦進(jìn)行信息交換，把測量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦；筆記本電腦測控分析軟件根據(jù)預(yù)先輸入到其中的切向光電風(fēng)速傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)換算成風(fēng)速值，再按照檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并生成最后的檢驗(yàn)報(bào)告存貯在電腦的硬盤中；這最后的檢驗(yàn)報(bào)告可以通過標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（比如打印機(jī)）輸出。

2 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢驗(yàn)分析系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)的測控分析軟件包括三部分：（1）信號前置儀中的單片機(jī)控制應(yīng)用程序；（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及試驗(yàn)過程控制程序；（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及管理程序。其中第（1）項(xiàng)軟件是采用美國Keil Software公司的Keil C51開發(fā)編制；第（2）項(xiàng)是在美國NI公司的虛擬儀器測試軟件開發(fā)平臺(tái)LabWindows/CVI上開發(fā)編制的；第（3）項(xiàng)是利用微軟公司的Microsoft Office軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)編制。軟件系統(tǒng)運(yùn)用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)在LabWindows/CVI與Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫之間的動(dòng)態(tài)傳輸，并通過ActiveX技術(shù)將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)傳遞到Microsoft Office Excel電子表格軟件中，并進(jìn)一步用電子表格軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算。

2.1 ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)

Mircrosoft開發(fā)了一系列基于Windows平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，OLE DB是訪問數(shù)據(jù)庫技術(shù)中的底層接口，對不同數(shù)據(jù)庫提供相同的接口，從而能夠訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫及其他電子表格，甚至用戶自己定義的文件系統(tǒng)，ADO建立在OLE DB之上，是一種高層的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，它基于通用對象模型（COM），化了OLE DB的操作。

圖2 切向風(fēng)速傳感器外形圖

圖3 信號前置儀原理框圖

LabWindows/CVI提供了對網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化的支持，使得基于ADO技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)庫成為了可能。在CVI中通過ADO實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問其實(shí)質(zhì)就是在CVI開發(fā)環(huán)境中調(diào)用ActiveX自動(dòng)化服務(wù)器而實(shí)現(xiàn)的，在系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)上通過ActiveX技術(shù)生成數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而可以在軟件開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的讀寫等管理功能。

2.2 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道檢驗(yàn)分析軟件的功能

本文論述的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)是基于中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《透平發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子氣體內(nèi)冷通風(fēng)道檢驗(yàn)方法及限值（JB/T6229-2005）》而開發(fā)的。系統(tǒng)的應(yīng)用測控分析程序在LabWindows/CVI程序開發(fā)平臺(tái)上編制，控制數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、存貯、分析以及生成檢驗(yàn)報(bào)告等。

系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用測控分析程序首先進(jìn)入程序主界面之后，用戶可根據(jù)不同的試驗(yàn)工況，進(jìn)入相應(yīng)的試驗(yàn)過程分界面。系統(tǒng)測控分析程序主界面如圖4所示。

在系統(tǒng)測控分析程序主界面上，用戶可選擇進(jìn)入不同的分界面操作過程，這些過程包括以下主要內(nèi)容：

（1）傳感器系數(shù)設(shè)置：設(shè)置和修改系統(tǒng)中所用切向光電風(fēng)速傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

圖4 系統(tǒng)測控分析程序主界面

（2）開始新試驗(yàn)：在此界面中，用戶需要輸入所進(jìn)行試驗(yàn)的項(xiàng)目名稱；用戶還需要選擇將要進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容，以便程序選擇與之對應(yīng)的試驗(yàn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)（如200MW、300MW或600MW電機(jī)轉(zhuǎn)子）；試驗(yàn)項(xiàng)目其它基本信息。

（3）繼續(xù)試驗(yàn)：在此界面中，程序?qū)⒗^續(xù)完成以前沒有完成的試驗(yàn)過程，并且繼續(xù)測量沒有完成的測量點(diǎn)。

（4）修改數(shù)據(jù)：在此界面中，用戶可以修改已經(jīng)開始的某試驗(yàn)的基本信息，或者重新測量某個(gè)位置的數(shù)據(jù)，以獲得新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（5）試驗(yàn)報(bào)告生成：在此界面中，用戶可以選擇存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤中的已經(jīng)完成的試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求自動(dòng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并生成此試驗(yàn)的試驗(yàn)報(bào)告。

在“開始新試驗(yàn)”界面完成試驗(yàn)項(xiàng)目信息設(shè)定后；或者“繼續(xù)試驗(yàn)”界面完成繼續(xù)試驗(yàn)項(xiàng)目選擇后，程序進(jìn)入“數(shù)據(jù)采集”界面，此界面如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集界面

界面中間位置的“數(shù)據(jù)顯示”部分顯示的是傳感器當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)值；界面左側(cè)為風(fēng)區(qū)數(shù)據(jù)表，按供風(fēng)區(qū)、出風(fēng)區(qū)、槽號、孔號對風(fēng)區(qū)中數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，單擊表格中的某個(gè)位置，該點(diǎn)即被選定為當(dāng)前測量孔的位置，被選定的位置顯示為紅色；界面右側(cè)為“測量孔位置”設(shè)定區(qū)，單擊窗口側(cè)面上下箭頭可以修改孔號、槽號、供風(fēng)區(qū)、出風(fēng)區(qū)，測量孔位置修改后界面左側(cè)的數(shù)據(jù)表上的測量孔位置也隨之變動(dòng)。

將切向風(fēng)速傳感器放置于待測位置，“數(shù)據(jù)顯示”區(qū)中將顯示該位置的風(fēng)速值，按“存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”按鈕，該數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)。每存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，測量孔位置自動(dòng)調(diào)整到下一位置，當(dāng)風(fēng)區(qū)數(shù)據(jù)表格中最右下角的位置采集結(jié)束后，數(shù)據(jù)表格會(huì)顯示相鄰的下一風(fēng)區(qū)，默認(rèn)的測量孔位置為第一槽第一孔；當(dāng)所有試驗(yàn)點(diǎn)都采集完成后，系統(tǒng)將提示“本次試驗(yàn)已完成”。

3 結(jié)束語

本文論述的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)主要針對隱極同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子氣體直冷通風(fēng)道的檢驗(yàn)試驗(yàn)。系統(tǒng)采用高度自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案，在試驗(yàn)過程中，自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、存貯，試驗(yàn)結(jié)果由系統(tǒng)自動(dòng)分析并且生成檢驗(yàn)報(bào)告，可以克服各種人為因素造成的試驗(yàn)誤差。

試驗(yàn)系統(tǒng)在硬件方面采用精密的切向光電風(fēng)速傳感器和先進(jìn)的信號前置儀，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集快速準(zhǔn)確；在測控軟件方面，應(yīng)用LabWindows/CVI開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的系統(tǒng)測控軟件增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中具有直觀友好的用戶界面；在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析方面，由計(jì)算機(jī)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行，使得檢驗(yàn)結(jié)果的獲得快捷、準(zhǔn)確、可靠。本文論述的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)道智能檢驗(yàn)分析系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)和運(yùn)行檢修的檢驗(yàn)工作中。

[1] 大電機(jī)、水輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)匯編-電機(jī)卷（下）[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2] 劉君華.虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI教程[M].電子工業(yè)出版社,2001.

[3] 鄭力新,周凱汀,陳志敏.用ADO技術(shù)創(chuàng)建LabWindows/CVI數(shù)據(jù)庫[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2005,(1).