機組振擺在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)改造介紹

湛躍

（株洲航電樞紐發(fā)電部 株洲市 412001）

株洲航電樞紐水電站原有一套振動擺度監(jiān)測裝置，5臺機組共用1個盤柜，單機原有8個測點，僅僅對機組的振動、擺度峰峰值給予監(jiān)測，沒有對信號進行高速采樣和對數(shù)據(jù)進行完備的管理，更無法實現(xiàn)信號的深入分析和故障診斷，也無法滿足網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測和信息共享的要求。隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，該裝置已不能滿足開展狀態(tài)監(jiān)測的需要，需要進行改造。

1 改造方案

對于改造后的機組振動擺度監(jiān)測裝置，我們期望在保證能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備重大損壞事故發(fā)生的同時，還應(yīng)具備在線監(jiān)測，實時數(shù)據(jù)采集，并可以通過專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析、處理的功能。在正常情況下，可記錄設(shè)備運行中的技術(shù)參數(shù)，在異常情況下，有助于對故障的分析、處理，為“無人值班”（少人值守）提供有力的保證。

依據(jù)現(xiàn)場實際情況及改造效果期望，電站采用的是北京奧技異電氣技術(shù)研究所自主研發(fā)的PSTA2003型水力發(fā)電機組綜合狀態(tài)監(jiān)測及跟蹤分析系統(tǒng)平臺。通過配置在該電站每臺機組上的PSTA2003系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組的振動、擺度、壓力脈動等物理量的在線監(jiān)測，同時接收電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測信息（上下游水位、水頭、有功功率、無功功率等），利用各種分析、診斷策略和算法，先針對電站的5臺燈泡貫流式機組中的每臺機組，建立功能全面、實用性強的機組穩(wěn)定性跟蹤分析系統(tǒng)，提供監(jiān)測、報警、狀態(tài)分析、故障診斷等一系列工具和手段，實時掌握機組的健康狀態(tài)，為機組安全運行、優(yōu)化調(diào)度以及檢修指導提供有利的技術(shù)支持，為狀態(tài)檢修提供輔助決策并實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息共享。系統(tǒng)上下位機均具備分析診斷功能，并具備遠程診斷接口。

2 新系統(tǒng)介紹

2.1 基本結(jié)構(gòu)說明

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，PSTA2003系統(tǒng)由狀態(tài)監(jiān)測局域網(wǎng)和電廠局域網(wǎng)兩套TCP/ⅠP局域網(wǎng)組成 （其中電廠局域網(wǎng)采用電廠已建立的MⅠS系統(tǒng)的硬件和網(wǎng)絡(luò)平臺，也是PSTA2003系統(tǒng)的重要組成部分）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括上、下位機兩部分：上位機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件等；下位機系統(tǒng)由現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集站和傳感器組成。現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集站包括電源、顯示器、數(shù)據(jù)采集預處理單元、數(shù)據(jù)管理計算機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、柜體及附件等組成。

安裝在機組各部位的傳感器將各種物理信號轉(zhuǎn)化為電信號，傳送到各狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)將這些信號采集和處理，得到反映機組運行狀態(tài)的各種特征參數(shù)，曲線，圖表等，統(tǒng)一存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器上。數(shù)據(jù)服務(wù)器還會自動運行分析和診斷軟件，定期提供狀態(tài)檢查日志，狀態(tài)發(fā)展趨勢，自動存儲用于跟蹤分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)等。同時數(shù)據(jù)服務(wù)器負責發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、診斷結(jié)果，包括與本地或者遠程的監(jiān)測、分析、診斷、維護工作站的交互，定期向遠程發(fā)送日志、趨勢以及有故障的實時數(shù)據(jù)等。

為保證各個網(wǎng)段之間的連通性以及支持Ⅰnternet或者Ⅰntranet，通訊協(xié)議使用TCP/ⅠP。計算機網(wǎng)絡(luò)利用電站已建立的網(wǎng)絡(luò)通道。

電廠局域網(wǎng)內(nèi)的所有用戶終端都可以通過局域網(wǎng)瀏覽、查詢數(shù)據(jù)服務(wù)器上的狀態(tài)數(shù)據(jù)和報告，下載監(jiān)測數(shù)據(jù)完成自定義分析，或指定服務(wù)器完成特定的監(jiān)測、分析和操作。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

機組振動擺度監(jiān)測裝置可實現(xiàn)對機組各部位的機架振動、大軸擺度、壓力脈動以及機組的工況參數(shù)等信號進行數(shù)據(jù)采集、處理、分析，以圖形、圖表、曲線等直觀的方式進行顯示，同時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行特征參數(shù)提取，得到機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機組故障的預警和報警，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳至上位機，供進一步的狀態(tài)監(jiān)測分析和診斷。

用于數(shù)據(jù)采集的SPU2000數(shù)據(jù)采集箱采用雙工業(yè)PC系統(tǒng)作為硬件平臺，能同時穩(wěn)定可靠進行大量預處理計算和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集箱對各種不同測量信號系統(tǒng)設(shè)有配置方便的多種信號調(diào)理模塊，以便適應(yīng)不同種類的傳感器信號（如電壓，電流等形式），具有易換性和可熱插拔的特點，保證了數(shù)據(jù)采集的實時性、準確性和可靠性，確保能夠捕捉水輪機組特有的低頻隨機信號。見附表。

附表 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集測點配置

另外，對于其他一些需要錄入并且已有的的測點或工況參數(shù)，可以直接從傳感器輸出信號上采集，也可以從監(jiān)控系統(tǒng)的通信中獲得。除上表所列振動擺動等工況參數(shù)測點是從傳感器采集外，其余所需數(shù)據(jù)，如勵磁電壓，勵磁電流，有功功率，無功功率、導葉開度（或?qū)~接力器行程）、導軸承各瓦溫、油溫；水導各瓦溫、油溫；推力各瓦溫、油溫；上游水位，下游水位等均從監(jiān)控系統(tǒng)中通過單向串口通訊的方式獲得。

2.2 基本功能描述

2.2.1 數(shù)據(jù)分析功能

數(shù)據(jù)分析功能指系統(tǒng)將已經(jīng)存儲的歷史數(shù)據(jù)，經(jīng)過某些特定的算法的加工，以曲線、圖形、表格、文字的形式提供給分析人員，以幫助用戶分析機組的運行狀況以及發(fā)現(xiàn)故障。PSTA2003系統(tǒng)針對水力機組運行特點，并詳細區(qū)分暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程，分別設(shè)計了不同的分析工具。穩(wěn)態(tài)工況分析工具主要用來評價機組在穩(wěn)態(tài)運行時的狀態(tài)；暫態(tài)工況分析工具主要用來對機組開停機過程、變負荷過程、變勵磁過程、甩負荷過程記錄數(shù)據(jù)的分析。

2.2.2 報警、預警功能

當有預報警事件發(fā)生時，PSTA2003自動記錄預報警事件和預報警發(fā)生時參量特征值，并記錄全部預報警事件發(fā)生時刻的全部相關(guān)數(shù)據(jù)以供分析診斷使用；該報警事件可以在各終端分析、診斷軟件的事件日志中瀏覽查詢；監(jiān)測畫面文字或變色顯示；各客戶端模擬光字牌形式自動彈出報警事件；報警開關(guān)量輸出。

2.2.3 數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理功能

PSTA2003系統(tǒng)從故障診斷和狀態(tài)分析的應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計出一套能夠滿足診斷和分析要求的完備數(shù)據(jù)的存儲策略，實現(xiàn)有效狀態(tài)信息的在線自動記錄，包括過渡過程（開停機過程），穩(wěn)態(tài)過程，故障數(shù)據(jù)，工況參數(shù)發(fā)生變化時等各種信息。針對以上數(shù)據(jù)信息設(shè)計了不同的數(shù)據(jù)庫：實時數(shù)據(jù)庫，用來存儲機組當前運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)；主特征數(shù)據(jù)庫，保存機組穩(wěn)態(tài)運行的數(shù)據(jù)；負荷、開度穩(wěn)定后記錄，等式時間間隔和報警觸發(fā)、功率變化等多種存儲策略。等時存儲時間間隔默認為20min（可調(diào)）；暫態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，高密度存儲機組開停機、變負荷、變勵磁、甩負荷過程、事故停機過程和現(xiàn)場試驗過程的數(shù)據(jù)（連續(xù)存儲,分辨率2ms）；異常特征數(shù)據(jù)庫，保存機組發(fā)生預報警時刻的全部波形數(shù)據(jù)和全部特征數(shù)據(jù)；標準樣本庫；事故追憶數(shù)據(jù)庫，以高密度保存全部原始波形和特征參量（連續(xù)存儲,分辨率1ms）；預報警事件庫；現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)庫（連續(xù)存儲,分辨率1ms）；

2.2.4 數(shù)據(jù)檢索及管理功能

本系統(tǒng)提供了豐富的數(shù)據(jù)檢索手段：可以設(shè)定任意時間段或者排除某個時間段作為檢索條件；可以對任意參量設(shè)定范圍或者排除范圍作為檢索條件；也可以多個檢索條件自由組合；同時支持開機（0～24）h后數(shù)據(jù)過濾及開機（0～24）h內(nèi)數(shù)據(jù)過濾，支持自動數(shù)據(jù)備份、手工備份及數(shù)據(jù)恢復功能。支持任意指定時間數(shù)據(jù)的導出功能，允許用戶將該時間的數(shù)據(jù)備份和轉(zhuǎn)移。

2.2.5 現(xiàn)場手動試驗功能

PSTA2003系統(tǒng)為現(xiàn)場試驗提供了兩類可選的方法：

（1）利用在線系統(tǒng)自動錄波方法完成現(xiàn)場試驗。在線系統(tǒng)提供了多種現(xiàn)場試驗功能完成高密度數(shù)據(jù)錄波功能，以供分析試驗結(jié)果之用。這些試驗包括：甩負荷試驗、空載及擾動試驗、起機過程試驗、機組過速試驗、機組變勵磁試驗、其它特定試驗等。

（2）PSTA2003專門提供的試驗模塊功能，作為水輪機測試平臺。在本模塊中，用戶可以按照試驗的目的和過程，人為干預系統(tǒng)的采樣方式，存儲策略，參數(shù)輸入等，使用非常方便和靈活。可實現(xiàn)的試驗有：起、停機試驗、甩負荷試驗、盤車試驗、動平衡試驗、效率試驗、穩(wěn)定性試驗、導葉漏水量試驗、變負荷試驗、其它手功試驗（提供全過程高速錄波）。試驗過程中系統(tǒng)自動生成試驗報告，試驗報告可以轉(zhuǎn)換為WORD文檔、可以打印、可以Email形式發(fā)送。

2.2.6 網(wǎng)絡(luò)化遠程網(wǎng)絡(luò)診斷功能

PSTA2003系統(tǒng)從一開始就被定位為一個具備遠程監(jiān)測、遠程分析、遠程診斷、遠程維護的系統(tǒng)，對于遠程網(wǎng)絡(luò)的支持是其一個基本的內(nèi)核功能。PSTA2003的所有分析、診斷、監(jiān)測功能實現(xiàn)建立在高壓縮比的數(shù)據(jù)傳輸和TCP/ⅠP協(xié)議基礎(chǔ)之上,無需任何其他軟件的支持，使得PSTA2003系統(tǒng)可以在Ⅰnternet網(wǎng)或者電網(wǎng)公司廣域網(wǎng)上流暢運行。從而實現(xiàn)遠程分析、遠程診斷，降低了技術(shù)服務(wù)費用，同時也可以極大地方便技術(shù)交流。

同時，為了更好地進行事故統(tǒng)計分析、系統(tǒng)本身的運行穩(wěn)定及維護升級，本系統(tǒng)還具備事故追憶、便攜機聯(lián)接、事件日志、數(shù)據(jù)輸出、具有預覽、打印、傳感器輸出信號零點和增益補償、報警規(guī)則編輯等輔助功能。

3 小結(jié)

本次機組振擺狀態(tài)監(jiān)測的改造，在原有的單純振擺屏監(jiān)測系統(tǒng)僅僅監(jiān)測到機組的振動、擺度峰峰值等簡單數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，增加了更多的有可能導致機組振擺加劇、影響機組安全穩(wěn)定運行的其他測點監(jiān)測，并且系統(tǒng)監(jiān)測的自動化、數(shù)據(jù)分析的智能化、機組狀態(tài)監(jiān)測的直觀性及全面性方面均有質(zhì)的提高。對于及時掌握機組綜合的實時狀態(tài)，分析運行機組故障，發(fā)現(xiàn)運行隱患、指導事故分析、保證機組連續(xù)安全運行，進而有助電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行方面有顯著的效果。