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(shí)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(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)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(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)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(jī)組，1992年機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。該電廠之前測量振動(dòng)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(jī)組進(jìn)行改造后，這個(gè)問題越發(fā)突出，為了保證水輪發(fā)電機(jī)組在大壩加高后能安全穩(wěn)定運(yùn)行，使運(yùn)行人員更好的監(jiān)視水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，更好的指導(dǎo)檢修人員對水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組建立功能全面、實(shí)用性強(qiáng)的故障診斷分析系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警、振動(dòng)保護(hù)、故障診斷分析、智能診斷報(bào)告等一系列工具和手段，快速準(zhǔn)確的完成現(xiàn)場試驗(yàn)及故障診斷任務(wù)，以一機(jī)一策為原則，設(shè)計(jì)一套結(jié)合報(bào)警保護(hù)定值、延時(shí)策略、保護(hù)動(dòng)作策略為一體的水電機(jī)組振擺報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)，為全場機(jī)組安全運(yùn)行提供有力保證，也為實(shí)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(jī)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(jī)、發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、分析與診斷功能。小水電有限公司兩臺機(jī)組的現(xiàn)地下位機(jī)設(shè)備共用一臺屏柜，放置在低壓開關(guān)室內(nèi)，每臺機(jī)組采用一套獨(dú)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(jìn)了單機(jī)配置測點(diǎn)共20個(gè)，包括鍵相信號（1個(gè)），上導(dǎo)軸承，下導(dǎo)軸承，水導(dǎo)軸承X、Y向擺度（6個(gè)），大軸軸向位移（Z向）（3個(gè)），上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋振動(dòng)（9個(gè)），導(dǎo)葉后壓力脈動(dòng)（1個(gè)）。通過監(jiān)測這些振擺變量，能夠及時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，還可以了解機(jī)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(dòng)等，機(jī)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(shí)時(shí)監(jiān)測功能：系統(tǒng)以曲線、數(shù)值、圖表等形式（如機(jī)組概況圖，數(shù)值表圖，壓力脈動(dòng)圖，軸心軌跡圖等）對機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行同步監(jiān)視和顯示，將機(jī)組的各種狀態(tài)分析數(shù)據(jù)，通過多個(gè)不同的頁面展現(xiàn)出來。實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)同時(shí)會將各通道的報(bào)警狀態(tài)在監(jiān)測終端同步顯示，電站運(yùn)行人員可以根據(jù)這些狀態(tài)判定是否需要檢修維護(hù)人員參與機(jī)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(jī)組的運(yùn)行狀況以及發(fā)現(xiàn)故障。系統(tǒng)中常用的分析工具有：時(shí)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(dòng)篩選數(shù)據(jù)和根據(jù)故障或缺陷模型進(jìn)行計(jì)算、分析推理、判定，提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)報(bào)告和設(shè)備運(yùn)行故障或缺陷分析診斷報(bào)告。

（4）機(jī)組試驗(yàn)功能：系統(tǒng)支持穩(wěn)定性試驗(yàn)，包括開（停）機(jī)試驗(yàn)、過速試驗(yàn)、甩負(fù)荷試驗(yàn)、空載擾動(dòng)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)、相對效率試驗(yàn)、盤車試驗(yàn)、動(dòng)平衡試驗(yàn)、導(dǎo)葉漏水量試驗(yàn)。GMH550在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠依照相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地試驗(yàn)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集錄波和試驗(yàn)分析報(bào)告的自動(dòng)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(dòng)記錄和手動(dòng)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(jìn)行綜合分析，同時(shí)，系統(tǒng)還能將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)測量到的機(jī)組振擺、壓力脈動(dòng)等參數(shù)和報(bào)警信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)中。

（6）報(bào)警保護(hù)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(shí)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，區(qū)分工況劃分設(shè)定不同的整定值和時(shí)延值，其中包括穩(wěn)定工況運(yùn)行過程，非穩(wěn)定運(yùn)行工況，起停機(jī)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(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能的智能化，傳統(tǒng)的報(bào)警功能主要是通過編輯報(bào)警規(guī)則，由繼電器的開閉將報(bào)警信號傳遞至監(jiān)控或保護(hù)裝置中，由監(jiān)控或保護(hù)裝置通過判斷繼電器節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況來判斷機(jī)組振擺數(shù)值是否超標(biāo)。這種報(bào)警方式能夠傳遞的信息量非常有限，只能提供簡單的測點(diǎn)數(shù)值是否越線，不能提供報(bào)警的數(shù)值和報(bào)警工況等信息，也不能有效的區(qū)分究竟是哪個(gè)測點(diǎn)在超標(biāo)，對分析和判斷機(jī)組故障能夠給出的信息不夠清晰明朗，為改進(jìn)機(jī)組運(yùn)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(bào)警系統(tǒng)，內(nèi)容豐富清晰，不僅可以通過語音提示測點(diǎn)數(shù)值超標(biāo)，而且可以將測點(diǎn)超標(biāo)時(shí)的機(jī)組運(yùn)行工況、哪個(gè)測點(diǎn)超標(biāo)及超標(biāo)時(shí)的數(shù)值及時(shí)間也一并通過語音進(jìn)行播報(bào)，如此能夠即時(shí)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(jìn)行更全面的分析處理，為檢修和合理規(guī)劃機(jī)組運(yùn)行提供依據(jù)。語音報(bào)警的流程圖如圖1所示。

圖1 語音報(bào)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(jìn)行信號分析。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)只是對振動(dòng)、擺度數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測分析，導(dǎo)致分析的數(shù)據(jù)不夠全面，進(jìn)行故障分析診斷時(shí)不夠準(zhǔn)確，本次改造實(shí)現(xiàn)了機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力、瓦溫、油溫、定子線圈、空冷器等多種項(xiàng)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(jī)組的故障點(diǎn)，為故障診斷分析提供更進(jìn)一步的依據(jù)。

3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐與應(yīng)用

圖2為GMH550測振測擺系統(tǒng)中某次開機(jī)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(jī)過程中，開機(jī)時(shí)機(jī)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(gè)瓦溫溫差較大，最大偏差約6℃。隨著機(jī)組運(yùn)行，在機(jī)組負(fù)荷（22 MW）不變的情況下，機(jī)組各個(gè)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(jī)過程上導(dǎo)瓦溫的變化

圖3 開機(jī)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(jī)過程中的變化值

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

機(jī)組停機(jī)后對上導(dǎo)瓦進(jìn)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(jī)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(jī)過程上導(dǎo)瓦溫變化

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場運(yùn)行，GMH550測振測擺系統(tǒng)在機(jī)組檢修、安全運(yùn)行以及機(jī)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(shí)用性方面有了大幅度的提高。

［1］王 宏.水電機(jī)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(jī)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(jìn)展，2007（5）：85-89.

［3］劉曉亭.水力機(jī)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(jī)組故障機(jī)理研究及專家系統(tǒng)［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2003.

TV736

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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。