葛洲坝电站HOMIS在线监测系统振摆传感器常见故障分析及处理

侯俊龙　 杨琪　 张富春

摘 要：HOMIS在线监测系统已在葛洲坝电站运用多年，在及时为机组发现故障隐患，分析和掌握机组的运行特性，指导机组运行和检修维护，辅助进行各项性能试验，提高电厂数字化和网络化水平等方面发挥了很好的作用。但在线监测系统测量元件本身往往会出现故障或异常等现象，给机组状态的实时监测带来了一定的影响，尤其是机组的振动和摆度传感器，它们作为机组重要部件的监测元件，在机组实时安全、稳定运行过程中发挥着至关重要的作用。在这里着重对这些振动、摆传感器常见的故障进行分析和探讨，并对这些故障的处理进行总结研究，为这些振动、摆传感器在日常的运行和维护过程中提供一定的指导意义。

关键词：在线监测；振动传感器；摆度传感器；故障分析；葛洲坝电站

随着水电厂生产运行检修管理方式的变革，以及水电行业数字化、信息化、网络化、自动化技术水平的提高，对水电机组实施状态监测显得越来越重要。在水电厂实施状态监测，可随时掌握和分析机组的运行状态，及时发现机组存在的隐患和缺陷，避免破坏性事故的发生，有利于指导机组运行和检修，有利于保障机组安全经济运行，是水电厂实现“无人值班，少人值守”的必要手段，也是由计划检修状态转为状态检修的必要技术条件。作为强有力的技术支持手段，机组状态在线监测系统有利于机组的安全稳定运行，有利于电厂管理模式的变革和创新。从国内外投入运行的大中型机组的运行状况来看，不少机组存在严重的稳定性问题，事故也屡有发生，严重时影响机组的正常运行，威胁机组的安全和寿命，甚至给电网的安全构成威胁。所以，对机组的稳定性进行全面的监测和深入的分析显得尤为迫切。通过对机组的振动、摆度和压力脉动等稳定性参数的实时监测，可以及时掌握机组的运行特性，避免机组在不稳定区运行，降低机组的事故隐患。

葛洲坝电站于2004年3月正式引入由长江电力股份有限公司与华中科技大学合作开发的，基于改进检修质量，提高维护效率为目的的水电站状态监测诊断系统，也称之为HOMIS在线监测系统。该系统引入后对机组的稳定性运行监测起到了非常重要的作用，但在线监测系统测量元件本身往往会出现故障或异常等现象，给机组状态的实时监测带来了一定的影响，尤其是机组的振动和摆度传感器，它们作为机组重要部件的监测元件，在机组实时安全、稳定运行过程中发挥着至关重要的作用。在这里着重对这些振、摆传感器常见的故障进行分析和探讨，并对这些故障的处理进行总结研究，为这些振、摆传感器在日常的运行和维护过程中提供一定的指导意义！

1 振动、摆度传感器的基本工作原理

1.1 振动传感器工作原理

振动传感器又称之为低频速度传感器。低频速度传感器一般采用磁电式原理，通过磁电作用将被测振动速度转换成电势信号。低频速度传感器一般由磁路系统、线圈和一些辅助元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等组成。

对于水轮机组来说，低频振动是其固有的特性，振动传感器在使用时安装在被测物体的表面，当被测物体振动时，传感器外壳随之振动，此时线圈、阻尼环和芯杆的整体由于惯性而不随之振动，因此它们与壳体产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。

1.2 摆度传感器工作原理

摆度传感器实质称为电涡流传感器。电涡流传感器是一种利用电涡流原理测量转子表面相对于传感器头部距离变化的传感器。在传感器探头的端部有一線圈，在前置器内有高频信号发生器。当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部线圈，在头部线圈周围产生一个交变磁场。如果在该磁场范围内没有金属导体材料接近，则发射出去的交变磁场的能量会全部释放；反之，如果有金属导体材料靠近探头头部，则该交变磁场将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个新的交变磁场，方向与头部线圈周围产生的交变磁场相反。由于磁场间的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。

2 葛洲坝电站HOMIS振摆监测系统介绍

葛洲坝电站HOMIS振摆监测系统主要由传感器、安装底座、电缆、端子、采集箱、现地柜等组成，振动传感器和摆度传感器因测量性质不一样，因此安装位置也有所不同，下面将详细介绍葛洲坝电站机组振摆传感器的布局及安装。

2.1 葛洲坝电站振摆传感器的测点布置

根据葛洲坝水轮发电机组结构特点，在上机架、支持盖处，按+X、+Y的水平和垂直方向，互成90°分别布置振动测点，在机组上导、水导处按+X、+Y方向分别布置导轴承摆度测点。

振摆传感器测点配置表：

测点名称[]测点数量[]安装位置

上导摆度[]2[]+X、+Y 方向互成 90°径向布置。测点靠近机组中心。

水导摆度[]2[]+X、+Y 方向互成 90°径向布置。测点靠近机组中心。

上机架水平振动[]2[]+X、+Y 方向互成 90°径向布置

上机架垂直振动[]2[]+X、+Y 方向互成 90°轴向布置

支持盖水平振动[]2[]+X、+Y 方向互成 90°径向布置

支持盖垂直振动[]2[]+X、+Y 方向互成 90°轴向布置

2.2 葛洲坝电站振、摆传感器的安装

2.2.1 振动传感器的安装

由于一般测量表面不允许开孔和攻丝，一般安装时要先在测量表面固定一块安装底座。葛洲坝电站机组振动传感器安装底座均采用焊接的方式固定在上机架及支持盖指定的测点位置处。

安装底座需要根据特定的速度传感器尺寸预留有与传感器的固定螺孔，传感器可通过螺钉固定在安装底座上。

为保证测量效果，测量水平方向振动的速度传感器安装底座应尽量与水平面保持垂直，并面向大轴中心线；测量垂直方向振动的传感器安装底座应尽量与水平面水平。在安装传感器时一定要注意传感器的安装方向，不能混淆水平和垂直。振动传感器安装好后无需调整，通电直接使用。

2.2.2 摆度传感器的安装

摆度传感器安装时一般需要使用支架固定在转轴测点附近的非转动部件上，通常是在轴承油盆盖上。对于部分测点，有时需要根据现场机组的结构设计比较复杂的安装支架。支架需要有足够的刚度，悬臂不必过长，支架固定要牢靠。葛洲坝电站机组振摆传感器安装底座有螺栓固定和AB胶粘合两种固定方式，后者采用较为普遍。

摆度传感器安装一项重要工作是调整间隙电流，即调整传感器前端面与转轴表面的距离。调整传感器有两种方法。一种是机械法，即在探头和测量面中间插入某一厚度的塞尺，然后固定传感器；另一种是电测法，即给传感器提供相应工作电源，然后松开探头紧固螺母，调整探头并用万用表测量输出电流，根据传感器特性曲线调整到某一电流范围。葛洲坝电站机组摆度传感器的调整通常采用电测法，且传感器电流输出值需要调整至10mA14mA范围内。

目前，葛洲坝电站机组所用的摆度传感器为前置器直接置于探头体内的一体化电涡流传感器。由于一体化电涡流传感器采用贴片电路工艺、将探头和电子处理部件都集成在一起，无需高频同轴电缆连接、无需再选配前置器。具有安装简便、成本低、机械故障少等优点。在水轮发电机等常规位移测试领域得到了广泛的应用，因此葛洲坝机组摆度传感器由原来的带有单独前置器的电涡流传感器更换为了一体化电涡流传感器。

3 葛洲坝电站机组振摆传感器常见故障分析及处理

从日常维护来看，振动、摆度传感器出现故障时主要对其进行更换或者调整，其中振动传感器一旦出故障只能进行更换，而摆度传感器大多数可进行调整，传感器本身损坏率比较小。

这些传感器发生故障时通常表现的直观现象为传感器输出信号产生跳变和信号中断，下面将对这两方面进行一定的探讨和分析。

3.1 传感器输出信号产生跳变

产生输出信号跳变的主要原因，我认为有以下几个方面：

3.1.1 通讯线路故障

由于振、摆监测系统在传输数据时，主要通过电缆，转接端子，采集箱等元件进行传输，而这些电缆或者接线端子的信号线随着长时间的运行后可能产生松动或者脱落，导致接触不良，因此造成了传感器输出信号产生跳变。

而这些传感器的信号线松动或脱落，主要由两方面引起，第一：机组的振动导致其脱落或松动；第二：人为因素导致传感器接线松动。

3.1.2 传感器异常

传感器内部发生异常时，也会导致输出信号产生跳变。由于这些振、摆传感器运行环境较为复杂，尤其是水导轴承油箱盖上的摆度传感器，其运行环境比较潮湿并且油雾比较大，这些水分或者油雾产生的油滴长时间附着在传感器上，导致传感器性能异常。通常传感器性能异常时的表现为：在对其进行测量检查时，其输出的模拟信号发生跳变，甚至不变，此时可判断该传感器可能已损坏。

3.1.3 安装底座松动

无论是振动传感器还是摆度传感器，其安装位置都是机组振动比较大的地方，因此在长时间运行后如果安坐底座固定不牢靠，难免会生产松动。目前，葛洲坝机组摆度传感器的安装底座主要有螺栓把合和AB胶粘接两种形式，为了拆装方便，大部分摆度传感器采用的是AB胶粘接方式，但是这种安装方式虽然便捷但是如果粘接不好或者受到外力时容易使安装底座松动甚至脱落，这也是摆度传感器故障率要高于振动传感器的原因。

3.2 传感器输出信号产生中断

同样，传感器输出信号产生中断的主要原因，也是以下几个方面的原因：

1）系统软件故障。HOMIS在线监测系统在运行时需要采集、分析、存储各种状态量，而在其长时间运行后，会产生刷新数据不及时甚至服务器生产死机等情况，因此容易出现传感器信号中断的情况，但这种情况在短时间内不会影响机组的运行，只不过给用户的实时监测带来了一定的麻烦，针对这种情况，一般只需要重启服务器即可。

2）传感器损坏。传感器损坏一般是输出信号产生中断的最直接原因，因此只能对其进行更换处理。这种情况多发生在振动传感器身上。振动传感器本身质量好坏直接关系到其使用寿命。因此，使用质量好的振动传感器也是将来传感器换型升级所要考虑的主要方向。

3）安装底座脱落。对于采用AB胶粘接方式的安装底座，如果在受到瞬间外力时可能会导致底座直接脱落，此时传感器会产生信号中断的现象，如果碰到这种情况，只能在机组停机时，对传感器安装底座进行重新固定，并对传感器重新进行调整。

4）传输的电缆、信号线脱落也会导致信号中断的现象产生，一般对这种情况而言，重新对其接线即可恢复。

4 结语

振动、摆传感器在机组的运行过程中发挥着至关重要的作用，它们不仅能实时监测机组轴承及支撑部件的运行情况，同时为机组的主设备运行状态、趋势分析提供了重要的依据，由此可见它们的重要性。而目前葛洲坝电站机组所用的振、摆传感器本身设备质量参差不齐，一些新的传感器在首次使用时就发现已经损坏；其次，大多数机组的摆度传感器的底座安装方式采用的是AB胶粘接的方式，这种安装方式容易导致底座出现松动或者脱落。上述这些情况都是导致振、摆传感器易出现故障的主要原因。另外，目前我们对这些传感器还缺少校验的平台和手段，如果能对一些出现异常的传感器进行校验并能二次使用，这将直接降低设备维护成本，同时将间接发挥最大的经济效益。因此，葛洲坝电站机组振、摆传感器的选型和安裝方式的改善及校验应该作为将来研究和思考的课题！

参考文献：

[1]水轮发电机组状态在线监测系统技术导则（GB/T 28570）.

[2]水轮发电机组振动监测装置设置导则（DL/T 55694）.

[3]鲁俊兵.漫湾水电厂主设备在线监测技术应用研究[D].昆明理工大学，2006.