孫 強

(廣西龍江電力開發(fā)有限責任公司，廣西 河池 547000)

1 概 述

下橋水電站位于廣西柳江一級支流龍江河上游，電站裝機容量為2×25 MW，主機采用HLA551C—LJ—275型立式混流式水輪機和SF25—30/5500型發(fā)電機，設(shè)計水頭43.5 m，額定轉(zhuǎn)速為200 r/min，在廣西電網(wǎng)中擔任調(diào)峰作用。

水輪發(fā)電機組的振動是反應(yīng)機組運行好壞的一個重要參數(shù)，隨著 “無人值班(少人值守)”的遠方監(jiān)控運行模式不斷推進以及南方區(qū)域“兩個細則”中有關(guān)加強水電機組振動區(qū)管理的文件要求，必須完成對機組振動擺度的在線監(jiān)測，使運維人員及時了解機組振動變化情況，以便做出相應(yīng)處理。為此，下橋水電站于2015年選用安裝了某公司VRS8000型振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)過兩年多的現(xiàn)場運行情況來看，達到了安裝的目的。

2 測點布置的選擇

測點數(shù)量和位置的布局是獲取機組振動檢測信號的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計的重點工作，其布局的合理性直接影響信號采集數(shù)據(jù)的真實與否。

從數(shù)據(jù)測量的角度，布置的測點越多數(shù)據(jù)采集的可靠性、準確性越好，但從經(jīng)濟和運維便利性的角度出發(fā)，測點應(yīng)盡可能的少。所以，在滿足狀態(tài)監(jiān)測兼顧運維巡視便利性的基礎(chǔ)上，對測點進行優(yōu)化，是測點設(shè)置的基本原則。

根據(jù)電力行業(yè)標準《水輪發(fā)電機組振動監(jiān)測裝置設(shè)置導則》(DL/T 556—1994)的要求，結(jié)合下橋電站混流式機組的結(jié)構(gòu)特點和多年運行經(jīng)驗，選擇了有代表性、能反映機組運行狀態(tài)變化趨勢的監(jiān)測點(見表1)。

表1 下橋水電站振擺系統(tǒng)測點布置

3 傳感器選型與安裝

3.1 傳感器選型

水電機組中機架、頂蓋等固定部件振動的突出特點是頻率低，其主要頻率多在0.5～5 Hz范圍內(nèi)，高頻分量及工頻振動也在100 Hz以內(nèi)，這就要求傳感器要有較好的低頻特性。一般采用有良好的可靠性、靈敏度、線性范圍和穩(wěn)定性能的低頻速度傳感器測定。

機組的擺度其本質(zhì)就是相對位移的變化，對機組擺度的測量就是對位移的測量。市場上位移傳感器種類較多，但應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械擺度測量方面主要是電渦流位移傳感器。電渦流位移傳感器能動態(tài)、非接觸、高線性地測量被測金屬導體與探頭端面的相對振動位移，如軸向位移、轉(zhuǎn)速等；且因結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、非接觸測量無磨損，能在油、水、氣等環(huán)境中長期連續(xù)工作。

3.2 傳感器安裝

(1)振動傳感器的安裝

用于振動測量的低頻速度傳感器應(yīng)剛性連接在被測部件上,根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計安裝座。安裝底座采用焊接方式永久固定在安裝部位,對于不宜焊接的部位采用粘貼或螺紋方式固定。振動傳感器分水平和垂直兩種，安裝時不可混淆。

(2)擺度、鍵相傳感器的安裝

擺度、鍵相傳感器是非接觸測量，應(yīng)根據(jù)機組被測部位結(jié)構(gòu)和傳感器結(jié)構(gòu)的特點,設(shè)計相應(yīng)的有足夠剛度的傳感器延伸支架。支架采用焊接方式固定在安裝部位，使傳感器安裝后支架的固有頻率遠大于被測信號的最高頻率，否則會測量不準確。其中，鍵相傳感器通過貼在大軸上面的貼片進行轉(zhuǎn)速測量，巡檢時要注意檢查貼片應(yīng)不能脫落。

(3)為了便于振動原因分析，傳感器安裝時還應(yīng)遵循以下原則

①對同一測項設(shè)置兩個傳感器的，按同一水平面互成90°角布置。不同水平面布置的傳感器，應(yīng)在同一垂面上，如上導擺度、水導擺度、機架垂直振動布置傳感器時，要么按+X，+Y布置，要么按+X，-Y布置；依次類推，保證布置的傳感器都在同一個垂面上。

②振動相位是分析振因的一個重要參數(shù)，具有分析功能的振擺系統(tǒng)都應(yīng)設(shè)置測量機組轉(zhuǎn)速的鍵相傳感器；該傳感器可安裝在任一方位上，但為了計算方便，一般設(shè)置在測量傳感器所在的某一垂面上。

4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和特點

4.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

下橋水電站2臺機組配置1套 VRS8000振擺系統(tǒng)，1個標準機柜，機柜內(nèi)安裝1 個高速智能數(shù)據(jù)采集箱、1個顯示器、線纜若干(見圖1)。

圖1下橋水電站振擺系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

4.2 系統(tǒng)功能和特點

VRS8000機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集箱、電源系統(tǒng)和分析軟件，其中傳感器由探頭、延伸電纜、前置器和附件四部分組成，完成振動擺度源信號的濾波和放大后通過多芯屏蔽電纜進入數(shù)據(jù)采集箱各功能采集板，由數(shù)據(jù)采集箱進行數(shù)據(jù)分析處理和故障診斷，并越限報警。同時，通過以太網(wǎng)絡(luò)將各數(shù)據(jù)傳送到上位機供人員監(jiān)測、分析用。

主要功能和特點如下：

(1)模塊化結(jié)構(gòu)。除必要的公共模塊外(1塊主板、1塊接口板、1塊存儲板)，有 9 個插槽可用于自由配置測量模塊(鍵相板、振動/擺度采集板，壓力脈動板模擬量輸入板、模擬量輸出板、開關(guān)量板)。

(2)人機界面友好。采用彩色液晶觸摸屏顯示，中文Windows操作界面，應(yīng)用方便，具有棒狀圖、曲線、數(shù)字多種顯示方式，畫面豐富直觀。

(3)軟件組態(tài)靈活。任意通道的量程、靈敏度、報警值、報警延時、報警邏輯等均可通過屏幕中文菜單來直接設(shè)置，方便快捷。

(4)數(shù)據(jù)管理。內(nèi)置大容量存儲模塊，確保足夠的存儲空間，數(shù)據(jù)管理有序，查詢方便，省去頻繁備份數(shù)據(jù)的麻煩。

(5)分析功能。具有趨勢分析、預測狀態(tài)發(fā)展趨勢,提供趨勢預報功能等功能,可方便地計算某一時間段任一通道的最大值、最小值、平均值、報警次數(shù)和累積報警時間等。

(6)保護功能。各模塊上具有上電抑制和斷電保護功能，保證系統(tǒng)電源丟失或系統(tǒng)重新上電時繼電器不誤動作。各模塊每路都有獨立的電源輸出，每路電源具有過流過載保護功能，不必為接傳感器時電源短路而擔心。內(nèi)置系統(tǒng)自檢和通道自檢功能，確保系統(tǒng)故障或傳感器線路故障時繼電器不誤動。

(7)輸入輸出信號。任一通道可接受來自渦流傳感器、速度傳感器、標準的模擬等多種信號。每路均有 4～20 mA輸出、緩沖輸出和報警繼電器輸出，報警邏輯和報警動作延時可自行設(shè)定。

(8)網(wǎng)絡(luò)通訊。提供以態(tài)網(wǎng)、串口連接和USB接口,采用標準通訊協(xié)議,方便數(shù)據(jù)交換、備份。

5 應(yīng)用情況

下橋水電站的2臺機組共用安裝了1套VRS8000型振擺系統(tǒng)。兩年來，系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠實時在線工作，測量數(shù)值準確，省去了用百分表測量的許多麻煩；并經(jīng)以太網(wǎng)與上位機進行通信，為運行掌握2臺水輪發(fā)電機組的振動擺度特性提供了較詳細、準確的數(shù)據(jù)，使機組盡可能避開振動區(qū)運行，對機組的故障做出正確的判斷 。

5.1 通過突變的數(shù)據(jù)報警反映機組運行狀態(tài)

2016年7月17日晚班，1號機組正常運行中發(fā)出一聲較大異響，負荷由25.2 MW下降至24.6 MW。通過上位機查看1號機組振擺數(shù)據(jù)不同程度有所增大，其中水導數(shù)據(jù)增幅最大，擺度由0.28 mm升至0.46 mm，頂蓋水平振動由15 um升至32 um，且水導瓦溫上升了3.2 ℃。值班員迅速到1號機水車室和1號機尾水管處檢查，發(fā)現(xiàn)水車室內(nèi)存在較大聲響及振動，結(jié)合振擺在線數(shù)據(jù)初步判斷可能是水導、轉(zhuǎn)輪相關(guān)部件有異常，立即匯報值班領(lǐng)導并申請中調(diào)停機。18日零點，打開蝸殼進人孔檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)卡有1根1 100 mm×200 mm的木頭，因而使機組水導擺度及頂蓋振動突增。

5.2 根據(jù)振動區(qū)的分布，合理申請機組負荷區(qū)間

通過振擺系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)曲線查詢和人工測量比對，下橋2臺機組在11～13 MW附近的振動擺度數(shù)值偏大一些，運行值班盡量申請中調(diào)減少機組在此負荷區(qū)間運行，以減少機組在不合理的負荷分配區(qū)間運行所帶來的振動損失，增加機組的可靠運行時間，提高電站的經(jīng)濟效益。

6 結(jié) 語

下橋水電站機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝，考慮了機組形式、測點布置及設(shè)備選型等技術(shù)要求，通過兩年多的運行實踐，實現(xiàn)了機組振動擺度的在線監(jiān)測，提升了電站自動化管理水平，達到了預期的目的，為同類型機組的選配、安裝提供了一定的參考。