水轮机组振动监测传感器的选用

王思杰

摘要：目前，为了水轮机组行业广泛使用的振动在线监测手段，实时监测单元运行状态，实现单元运行时故障监测，确保设备稳定运行。水轮机振动信号采集是通过振动传感器实时收集、处理和分析振动数据，根据监控数据的故障频率和振幅响应确定工作状态。通过对执行数据的时域和频域分析，分析异常频率特性的响应，与振动响应一起分析相应的频率特性，以确定轴承的工作状态，从而达到监控工作状态的目的，及时制定调查方案和处理措施，从而确保设备的稳定工作。在此基础上，本文分析了水轮机振动监测传感器的选择，以下讨论仅供参考。

关键词：水轮机组;振动监测;传感器的选用

引言

振动是水蓄能电站相对常见的现象，大振动直接影响设备的安全运行，因此振动大小是评估设备运行性能的重要指标。水蓄能电站由液压、机械和电气设备组成的复杂系统，这些设备同时具有位移敏感的缺陷以及对速度和加速度测量更加敏感的误差，因此选择传感器时必须充分理解水电站的振动频率特性，并根据不同的误差类型、设备的测量部分，选用传感器。

1振动监测与分析系统介绍

1.1系统功能

水轮机组在线振动监测与分析系统能够连续监测水轮机组运行过程中的振动、冲击、摇晃、速度、负载等参数，自动存储振动、冲击、波形等宝贵数据，并自动执行计算机组中每个组件的故障特性频率。该系统为水轮机组提供工程师支持分析系统，以检查设备的工作状态，发现齿形箱、轴承故障的初始迹象，并对故障的真实性、故障位置、故障类型、严重性和发展趋势作出准确的判断。该系统在水轮机组的特定位置安装振动传感器，以获得齿轮箱、发电机等关键设备的振动信号，并通过专用数据收集分析系统执行振动信号的定时收集和分析处理，从而确保水轮机每个关键设备的工作和磨损状态，并对水轮机组可能发生的故障、隐患和使用寿命进行判断和预估，为机组的维修提供指导和建议。

1.2系统网络通讯

为了使每台水轮发电机的机载监控数据能够可靠地传输到中控室的数据服务器，在水轮机组的机载主机和中控室的数据服务器之间采用了光纤环路通信方案。可利用抽水蓄能电站

现有的光纤环网[VOG-TL001] ，实现每台机载主机与在线振动监控系统服务器之间的通信。线内机载主机的电信号最好使用防扭屏蔽线，通过RJ-45J网口接入水电厂的光纤环网交换机。到水电厂中控室的机房后再利用网线将光纤环网交换机的信号接入在线振动监测系统的数据服务器。

1.3传感器的选用

测量振动信号振幅的方法是不同的，通常是位移测量、速度测量和加速度测量。工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。常用单位为：微米（μm）、毫米/秒2（mm/s 2）或重力加速度（g）。如图1所示，位移、速度和加速度频率的灵敏度都是不同的。

低频率下设备可能出现的最大原因是应力故障，通常是单位轴弯曲导致的故障，加速度值通常较小，位移值更明显。在中频率下，频率放大会导致非常小的位移值产生较大的速度值，而振动产生的能量与振动的速度相关，而能量传导会导致零件疲劳和损坏。此时，使用位移峰值评估设备的操作会丢失对设备的保护，因此建议在中等频率下使用速度值评估设备的操作。在同一个大小下振动的频率越高，振动的加速度值就越大，频率达到特定高度时，非常小的位移会导致设备受到过度的力作用，从而导致单位故障，不能达到高频信号加速度的最佳振动监控。

2水轮机振动监测系统应用

2.1软件系统设计

振动监控系统软件可分为多个模块，包括收集控制、信号处理、故障排除等。它利用功能强大的计算机设备实时接收和输入各种信号波形，从而加快数据收集和处理速度，确保故障排除信息的准确性和全面性，并提供高可靠性和实时性等明显优势信号控制：使用信息收集卡实现系统内监控数据的双向数据通信。首先，工作人员从数据采集卡中读取相应的数字信号，将其及时存储在数据库中，然后使用分析模块执行信号和数据分析和处理。

2.2加速度传感器

设备轴承座振动测量采用属于惯性传感器的压电加速度传感器。原理是，利用特定物质的压电效应，如果物体的振动传递到加速度传感器，则压电元件的力会不断变化。如果正在测量的振动频率远远低于加速度传感器的固有频率，则可以通过测量与正在测量的加速度成比例的对象的振动加速度来积分力的变化，从而获得振动速度。振动采集加速度传感器频率响应范围为0 . 5hz至14 khz，通过信号线连接至分析仪，使用非常方便。振动监视器可以在一定的周期内收集像差的振动情况，并将其导入数据库，随时分析数据库中的信息，目前设备监测数据存入设备健康管理系统，以便相应的技术人员能够轻松查看。

2.3数据处理中的注意事项

在数据处理中，技术人员应根据实际情况分析数据处理的核心内容，及时分析转子的振动状态，加强频域分析，以进一步提高故障排除能力。分析时域波形，利用时域波形了解转子的工作状态，科学的判定机械设备振动值是否超标，使用计算机网络系统确定收集通道的峰值和波形。利用计算机网络系统了解质量不平衡、油膜滑動、摩擦等状态，利用涡流传感器收集运行信息，经过过滤过程后，及时绘制旋转的运行轨迹，以其运动状态为主要监测依据。信号分析是时域分析的主要内容之一，它使用自相关函数在不同时间分析系统监视信号之间的关系、信号频率分量、波形状态等，从而澄清两个信号的关系，使用多通道监视机械振动特性，同时为系统故障处理任务提供科学参考。

结束语

总之，利用振动监测技术实时监测水电站，提供了在一定程度上及时准确评估运行状态的依据。同时，该技术的应用和开发大大提高了水轮机状态异常识别和故障诊断能力，使您能够解决水轮机初始故障问题，防止重大损失，降低设备维护成本，并确保设备的可靠和可靠运行。

参考文献

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