下桥水电站机组振摆监测系统的安装与应用

2018-08-21孙强

小水电 2018年4期

孙强

(广西龙江电力开发有限责任公司，广西河池 547000)

1 概述

下桥水电站位于广西柳江一级支流龙江河上游，电站装机容量为2×25 MW，主机采用HLA551C—LJ—275型立式混流式水轮机和SF25—30/5500型发电机，设计水头43.5 m，额定转速为200 r/min，在广西电网中担任调峰作用。

水轮发电机组的振动是反应机组运行好坏的一个重要参数，随着 “无人值班(少人值守)”的远方监控运行模式不断推进以及南方区域“两个细则”中有关加强水电机组振动区管理的文件要求，必须完成对机组振动摆度的在线监测，使运维人员及时了解机组振动变化情况，以便做出相应处理。为此，下桥水电站于2015年选用安装了某公司VRS8000型振动摆度监测系统。经过两年多的现场运行情况来看，达到了安装的目的。

2 测点布置的选择

测点数量和位置的布局是获取机组振动检测信号的关键环节，是振摆在线监测系统方案设计的重点工作，其布局的合理性直接影响信号采集数据的真实与否。

从数据测量的角度，布置的测点越多数据采集的可靠性、准确性越好，但从经济和运维便利性的角度出发，测点应尽可能的少。所以，在满足状态监测兼顾运维巡视便利性的基础上，对测点进行优化，是测点设置的基本原则。

根据电力行业标准《水轮发电机组振动监测装置设置导则》(DL/T 556—1994)的要求，结合下桥电站混流式机组的结构特点和多年运行经验，选择了有代表性、能反映机组运行状态变化趋势的监测点(见表1)。

表1 下桥水电站振摆系统测点布置

3 传感器选型与安装

3.1 传感器选型

水电机组中机架、顶盖等固定部件振动的突出特点是频率低，其主要频率多在0.5～5 Hz范围内，高频分量及工频振动也在100 Hz以内，这就要求传感器要有较好的低频特性。一般采用有良好的可靠性、灵敏度、线性范围和稳定性能的低频速度传感器测定。

机组的摆度其本质就是相对位移的变化，对机组摆度的测量就是对位移的测量。市场上位移传感器种类较多，但应用于旋转机械摆度测量方面主要是电涡流位移传感器。电涡流位移传感器能动态、非接触、高线性地测量被测金属导体与探头端面的相对振动位移，如轴向位移、转速等；且因结构简单、抗干扰能力强、非接触测量无磨损，能在油、水、气等环境中长期连续工作。

3.2 传感器安装

(1)振动传感器的安装

用于振动测量的低频速度传感器应刚性连接在被测部件上,根据传感器的结构和尺寸设计安装座。安装底座采用焊接方式永久固定在安装部位,对于不宜焊接的部位采用粘贴或螺纹方式固定。振动传感器分水平和垂直两种，安装时不可混淆。

(2)摆度、键相传感器的安装

摆度、键相传感器是非接触测量，应根据机组被测部位结构和传感器结构的特点,设计相应的有足够刚度的传感器延伸支架。支架采用焊接方式固定在安装部位，使传感器安装后支架的固有频率远大于被测信号的最高频率，否则会测量不准确。其中，键相传感器通过贴在大轴上面的贴片进行转速测量，巡检时要注意检查贴片应不能脱落。

(3)为了便于振动原因分析，传感器安装时还应遵循以下原则

①对同一测项设置两个传感器的，按同一水平面互成90°角布置。不同水平面布置的传感器，应在同一垂面上，如上导摆度、水导摆度、机架垂直振动布置传感器时，要么按+X，+Y布置，要么按+X，-Y布置；依次类推，保证布置的传感器都在同一个垂面上。

②振动相位是分析振因的一个重要参数，具有分析功能的振摆系统都应设置测量机组转速的键相传感器；该传感器可安装在任一方位上，但为了计算方便，一般设置在测量传感器所在的某一垂面上。

4 系统的结构、功能和特点

4.1 系统的结构

下桥水电站2台机组配置1套 VRS8000振摆系统，1个标准机柜，机柜内安装1 个高速智能数据采集箱、1个显示器、线缆若干(见图1)。

图1下桥水电站振摆系统网络拓扑图

4.2 系统功能和特点

VRS8000机组振摆在线监测系统主要包括传感器、数据采集箱、电源系统和分析软件，其中传感器由探头、延伸电缆、前置器和附件四部分组成，完成振动摆度源信号的滤波和放大后通过多芯屏蔽电缆进入数据采集箱各功能采集板，由数据采集箱进行数据分析处理和故障诊断，并越限报警。同时，通过以太网络将各数据传送到上位机供人员监测、分析用。

主要功能和特点如下：

(1)模块化结构。除必要的公共模块外(1块主板、1块接口板、1块存储板)，有 9 个插槽可用于自由配置测量模块(键相板、振动/摆度采集板，压力脉动板模拟量输入板、模拟量输出板、开关量板)。

(2)人机界面友好。采用彩色液晶触摸屏显示，中文Windows操作界面，应用方便，具有棒状图、曲线、数字多种显示方式，画面丰富直观。

(3)软件组态灵活。任意通道的量程、灵敏度、报警值、报警延时、报警逻辑等均可通过屏幕中文菜单来直接设置，方便快捷。

(4)数据管理。内置大容量存储模块，确保足够的存储空间，数据管理有序，查询方便，省去频繁备份数据的麻烦。

(5)分析功能。具有趋势分析、预测状态发展趋势,提供趋势预报功能等功能,可方便地计算某一时间段任一通道的最大值、最小值、平均值、报警次数和累积报警时间等。

(6)保护功能。各模块上具有上电抑制和断电保护功能，保证系统电源丢失或系统重新上电时继电器不误动作。各模块每路都有独立的电源输出，每路电源具有过流过载保护功能，不必为接传感器时电源短路而担心。内置系统自检和通道自检功能，确保系统故障或传感器线路故障时继电器不误动。

(7)输入输出信号。任一通道可接受来自涡流传感器、速度传感器、标准的模拟等多种信号。每路均有 4～20 mA输出、缓冲输出和报警继电器输出，报警逻辑和报警动作延时可自行设定。

(8)网络通讯。提供以态网、串口连接和USB接口,采用标准通讯协议,方便数据交换、备份。

5 应用情况

下桥水电站的2台机组共用安装了1套VRS8000型振摆系统。两年来，系统能稳定、可靠实时在线工作，测量数值准确，省去了用百分表测量的许多麻烦；并经以太网与上位机进行通信，为运行掌握2台水轮发电机组的振动摆度特性提供了较详细、准确的数据，使机组尽可能避开振动区运行，对机组的故障做出正确的判断。

5.1 通过突变的数据报警反映机组运行状态

2016年7月17日晚班，1号机组正常运行中发出一声较大异响，负荷由25.2 MW下降至24.6 MW。通过上位机查看1号机组振摆数据不同程度有所增大，其中水导数据增幅最大，摆度由0.28 mm升至0.46 mm，顶盖水平振动由15 um升至32 um，且水导瓦温上升了3.2 ℃。值班员迅速到1号机水车室和1号机尾水管处检查，发现水车室内存在较大声响及振动，结合振摆在线数据初步判断可能是水导、转轮相关部件有异常，立即汇报值班领导并申请中调停机。18日零点，打开蜗壳进人孔检查发现转轮室内卡有1根1 100 mm×200 mm的木头，因而使机组水导摆度及顶盖振动突增。