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組在定檢時發(fā)現(xiàn)推力瓦存在著刮瓦現(xiàn)象，這種現(xiàn)象如果惡化就會導致推力瓦燒瓦事故，造成這種現(xiàn)象的原因很可能是機組在低速旋轉時，由于油膜形成條件變差所致，但由于缺乏對于推力軸承的有效監(jiān)測手段，故無法對此類故障實現(xiàn)有效的預警、監(jiān)視和定位，因此具備一套推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對推力軸承運行狀態(tài)的全面監(jiān)視對于目前機組的運行穩(wěn)定性需求迫在眉睫。

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

1 系統(tǒng)結構介紹

此次機組加裝的推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)為GMH550 推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)結構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)測及分析診斷軟件主要由設置程序、監(jiān)測程序和分析診斷程序構成。其中，系統(tǒng)監(jiān)測程序功能模塊是整個軟件系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)監(jiān)測和報警保護模塊，該模塊主要提供實時監(jiān)測功能、參數(shù)設置、報警保護、數(shù)據(jù)庫組態(tài)配置。系統(tǒng)分析診斷程序功能模塊是整個軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析及故障診斷的核心模塊，該模塊主要提供實時監(jiān)測功能、歷史數(shù)據(jù)分析功能、運行狀態(tài)自動評價功能、檢修狀態(tài)自動評價功能。

（2）系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件構成主要包括：現(xiàn)地測量裝置、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，負責采集傳感器信號和其他數(shù)據(jù)接入，經(jīng)采集器對電信號進行處理去偽存真，得到能準確代表被測量的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)監(jiān)測參量

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

（1）機組振擺/壓力測點

本系統(tǒng)通過機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)引入轉速、上導X/Y 擺度、下導X/Y 擺度、水導X/Y 擺度、上機架垂直振動等8 個信號。加裝傳感器測點5 個，包括：機組抬機量（現(xiàn)場條件決定安裝于鏡板上端面）信號3 個，推力軸承總進油量1 個，推力軸承總冷卻水量1 個。

（2）運行工況測點

通過與監(jiān)控系統(tǒng)通信，在線監(jiān)測系統(tǒng)分析所需的部分工況量，監(jiān)控信號包括有功功率、無功功率、導葉開度、轉子電流、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、機組水頭等信號。

通過機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)引入發(fā)電機出口開關、勵磁開關、發(fā)電工況開關、抽水工況開關等開關量信號。

（3）核心監(jiān)測參數(shù)

系統(tǒng)通過研究推力軸承故障類型及理論算法，實現(xiàn)對影響推力運行穩(wěn)定性的參數(shù)進行監(jiān)測評價，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、鏡板抬機量等。

同時，系統(tǒng)將現(xiàn)場的GPS 對時功能引入推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)分析完善和數(shù)據(jù)存儲準確一致。

3 系統(tǒng)功能介紹

此次加裝的GMH550 推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對推力軸承運行狀態(tài)、健康狀況實時在線監(jiān)測，并對推力軸承運行中存在的潛在缺陷和問題進行評估和預判，確保推力軸承運行的穩(wěn)定性和安全性。主要功能包括以下幾個方面：

（1）實現(xiàn)對推力軸承運行狀態(tài)的全面實時監(jiān)測。

本系統(tǒng)除了監(jiān)測推力瓦溫、推力油槽油溫、油位等傳統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)及簡單溫度報警外，最重要的是實現(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、鏡板抬機量關鍵參數(shù)的實時監(jiān)測，并在參數(shù)異常時實時報警。

（2）實現(xiàn)對推力瓦與鏡板間油膜厚度的實時監(jiān)測及報警。

油膜的形成是確保推力正常運行的關鍵，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組在運行過程中由于油膜被破壞而導致了推力軸承故障，因此實現(xiàn)油膜的實時監(jiān)測對于確保推力穩(wěn)定運行，規(guī)避風險至關重要。目前在油膜的實時監(jiān)測方面還處于空白階段，本系統(tǒng)通過合理的算法實現(xiàn)對油膜厚度精確的計算，并實時對油膜厚度進行監(jiān)測，在油膜低于最小油膜厚度時能夠及時預警。

（3）實現(xiàn)推力軸承運行狀態(tài)自動評價及故障診斷。

推力軸承的運行穩(wěn)定性受多個參數(shù)的影響，對于運行中的機組，最主要的參數(shù)包括溫度（油溫及瓦溫）、負荷、水頭以及機組的振動擺度，通過油膜與這些參數(shù)的相關關系，可以有效地了解推力的運行狀態(tài)，從而做到合理規(guī)劃機組運行，提高推力軸承的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)通過運行狀態(tài)自動評價、自動報告的模式，掌握推力在各個工況下的運行規(guī)律，對于評估推力的運行狀態(tài)有很大的幫助。

（4）實現(xiàn)推力軸承檢修狀態(tài)自動評價。

對于推力軸承，其檢修安裝質量非常關鍵，包括推力瓦水平，主軸與鏡板不垂直等，國標中對這些參數(shù)也有了明確地要求，如檢修質量不合格，會直接影響到推力軸承的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)通過推力軸承檢修狀態(tài)自動評價的方法，對確保推力的穩(wěn)定運行有非常大的幫助。

4 實際應用效果

結合仙游抽水蓄能電站機組檢修，將推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝于現(xiàn)場，通過運行數(shù)據(jù)檢驗本系統(tǒng)實際應用效果。

（1）全面實時監(jiān)測

機組運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)運行數(shù)據(jù)。

表1 穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)

從表1 可見，本系統(tǒng)在機組實際運行中，對推力軸承在線監(jiān)測的核心參量均有效顯示并記錄。

（2）運行狀態(tài)自動評價報告

表2 狀態(tài)評價明細表

從狀態(tài)評價明細表可以看出，機組在發(fā)電工況下，抬機量的計算值隨負荷升高而變大，油膜厚度隨負荷升高而變小。機組在抽水工況下，彈性油箱受力變化不明顯，油膜厚度在合理范圍。

說明：推力油膜厚度主要影響因素有負荷、溫度和水位等。發(fā)電工況下，機組負荷增大，彈性油箱受力變形，鏡板下降，實際安裝探頭測量鏡板上端面，因此抬機量增大，油膜厚度計算值變小。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)自動評價報告

1）參數(shù)匯總評價

表3 參數(shù)匯總評價

2）參考軸線姿態(tài)見圖1 和圖2。

5 結束語

此次通過在仙游抽水蓄能電站機組上建立推力軸承在線監(jiān)測系統(tǒng)，對提高機組推力軸承運行的穩(wěn)定性和安全性有很大幫助。同時為我廠實現(xiàn)推力軸承狀態(tài)檢修提供了有力的技術支持，為后續(xù)合理安排檢修，降低維修成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益提供了可靠保證，對同類型機組水電廠具備有推廣價值。目前系統(tǒng)的功能我廠還在進一步的熟悉過程中，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 高速點軸線姿態(tài)（轉速：418.65 r/min)

圖2 低速點軸線姿態(tài)（轉速：30.98 r/min）