漢江興隆水利樞紐電站在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

王方圓

(湖北省南水北調(diào)漢江興隆水利樞紐電站，湖北 武漢 430000)

漢江興隆水利樞紐電站在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

王方圓

(湖北省南水北調(diào)漢江興隆水利樞紐電站，湖北 武漢 430000)

主要介紹了興隆電站在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過程中各監(jiān)測點(diǎn)的具體設(shè)置，并分析了該系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行過程中的應(yīng)用效果，結(jié)合我國電力行業(yè)的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步證明該系統(tǒng)在興隆電站應(yīng)用的正確性及必要性。

在線狀態(tài)監(jiān)測；結(jié)構(gòu)；測點(diǎn)

0 引言

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內(nèi)，上距丹江口樞紐378.3 km，下距河口273.7 km。興隆水利樞紐作為漢江中下游4項(xiàng)治理工程之一，主要開發(fā)任務(wù)以灌溉和航運(yùn)為主，同時(shí)兼顧發(fā)電。該電站為低水頭河床徑流式水電站，主要由引水渠、進(jìn)水口、主廠房、安裝場、下游副廠房、尾水渠等水工建筑物組成。電站總裝機(jī)容量40 MW，單機(jī)容量10 MW，采用燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。本電站4臺(tái)機(jī)組的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)均采用PSTA2100系統(tǒng)軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組各部位運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以及對(duì)各部位變化趨勢的分析，還可對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、異常及故障進(jìn)行分析診斷，對(duì)發(fā)揮興隆水電站的效能起到了明顯作用。

1 設(shè)計(jì)原理

利用水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)的三大原因(水力因素、電氣因素、機(jī)械因素)及其他具體因素，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，研制出水輪發(fā)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。利用各流道壓力及壓力脈動(dòng)傳感器測量水力對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，用各部位機(jī)架振動(dòng)、擺度、抬機(jī)量傳感器測量振動(dòng)值和機(jī)械振動(dòng)情況，以環(huán)境量(工況量)、有功功率、轉(zhuǎn)子電壓電流、開關(guān)接點(diǎn)配合判斷電氣參數(shù)對(duì)振動(dòng)的影響。利用各種專用分析工具和分析診斷軟件，得出相應(yīng)的量化準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析診斷。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 基本結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所包括的各子系統(tǒng)都應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器單元、數(shù)據(jù)采集(下位機(jī))單元組成，連接于共用的上位機(jī)單元。

(1) 傳感器單元。傳感器單元是指在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所用到的各種傳感器及其附屬部件，是狀態(tài)在線監(jiān)測及分析診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)測量部件。如電渦流位移傳感器、電容式位移傳感器、磁場強(qiáng)度傳感器、低頻速度傳感器、加速度傳感器、噪聲傳感器、變壓器油中氣體含量傳感器、壓力脈動(dòng)傳感器、差壓變送器以及各種型式的電容耦合器等。

(2) 數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元是指完成信號(hào)采集和處理的裝置及其輔助設(shè)備，其核心設(shè)備是數(shù)據(jù)采集箱。每臺(tái)機(jī)組的數(shù)據(jù)采集單元應(yīng)集中組屏，通常置于發(fā)電機(jī)旁。數(shù)據(jù)采集單元應(yīng)具有現(xiàn)地監(jiān)測、數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)分析及本子系統(tǒng)調(diào)試功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)本子系統(tǒng)的測量。

(3) 上位機(jī)單元。上位機(jī)單元是指狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、工程師工作站、網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備、打印機(jī)等。其中工程師工作站置于電站主控室或其辦公室內(nèi)，其余設(shè)備置于監(jiān)控機(jī)房(計(jì)算機(jī)室)。網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)采用開放的分層分布式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并滿足工業(yè)通用的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

3 測點(diǎn)配置

水輪發(fā)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的測點(diǎn)配置應(yīng)根據(jù)不同類型水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理進(jìn)行，以使監(jiān)測分析結(jié)果準(zhǔn)確全面地反映機(jī)組狀態(tài)。以下為貫流式機(jī)組測點(diǎn)配置(圖2)。

圖2 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測圖

(1) 鍵相測點(diǎn)。每臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鍵相測點(diǎn)，通常在被測機(jī)組主軸上設(shè)置10～15 mm寬的一個(gè)凸鍵，與相應(yīng)的非接觸式位移傳感器組成鍵相測量。當(dāng)凸鍵隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)至傳感器位置時(shí)，傳感器便會(huì)產(chǎn)生鍵相信號(hào)。

(2) 擺度測點(diǎn)。分別在組合軸承和水導(dǎo)軸承的徑向設(shè)置2個(gè)測點(diǎn)，即在垂線(+Y)方向安裝測量軸的上下方向擺度，在水平(+X)方向安裝測量水平方向擺度。

(3) 振動(dòng)測點(diǎn)。分別在組合軸承和水導(dǎo)軸承處各設(shè)置2個(gè)徑向振動(dòng)測點(diǎn)，即在垂線(+Y)方向安裝測量軸的上下方向振動(dòng)，在水平(+X)方向安裝測量水平方向振動(dòng)。有條件時(shí)可在燈泡體上設(shè)置1～2個(gè)徑向振動(dòng)測點(diǎn)，也可在轉(zhuǎn)輪室設(shè)置振動(dòng)測點(diǎn)。

(4) 軸向位移測點(diǎn)。應(yīng)在軸向設(shè)置1個(gè)軸向位移測點(diǎn)。

(5) 壓力和壓力脈動(dòng)測點(diǎn)。應(yīng)在以下地方設(shè)置壓力脈動(dòng)測點(diǎn)：流道進(jìn)口1個(gè)、轉(zhuǎn)輪前后各1個(gè)、尾水管進(jìn)口1個(gè)。壓力脈動(dòng)測點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近取壓口(管路盡可能短)，且和水力量測用的壓力測點(diǎn)分開設(shè)置。

(6) 定子鐵芯振動(dòng)測點(diǎn)。需要監(jiān)測定子鐵芯振動(dòng)時(shí)，可安裝1～2組發(fā)電機(jī)定子鐵芯振動(dòng)測點(diǎn)，每組包括1個(gè)水平(徑向)和1個(gè)垂直(軸向)振動(dòng)測點(diǎn)。定子鐵芯振動(dòng)測點(diǎn)通常布置在定子鐵芯的上部齒壓板上。

(7) 發(fā)電機(jī)空氣間隙測點(diǎn)。發(fā)電機(jī)氣隙測點(diǎn)的數(shù)量和布置應(yīng)根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的容量、尺寸和定子鐵芯高度等參數(shù)決定。一般在鐵芯上部設(shè)置4個(gè)(+X，+Y，+Y-X之間兩支點(diǎn)的中點(diǎn)，-X-Y之間兩支點(diǎn)的中點(diǎn))，定子內(nèi)徑較大可設(shè)置8個(gè)(+X，+Y，-X，-Y四象限各一個(gè)；兩支點(diǎn)的中點(diǎn)各一個(gè))。定子鐵芯高度較大時(shí)測點(diǎn)可在軸向分2層均勻布置，即下部安裝2個(gè)(+X，+Y)。

(8) 發(fā)電機(jī)磁通密度測點(diǎn)。對(duì)于需要監(jiān)測磁通密度的機(jī)組，可設(shè)置1個(gè)磁通密度測點(diǎn)。

(9) 發(fā)電機(jī)定子繞組振動(dòng)測點(diǎn)。對(duì)于需要監(jiān)測定子繞組振動(dòng)的機(jī)組，可以設(shè)置發(fā)電機(jī)線棒槽部、端部振動(dòng)測點(diǎn)。測線棒槽部振動(dòng)使用特制位移傳感器，測線棒端部振動(dòng)使用抗高壓、耐高溫的傳感器。測點(diǎn)應(yīng)盡可能減少。

(10) 發(fā)電機(jī)局部放電測點(diǎn)。對(duì)于需要監(jiān)測發(fā)電機(jī)局部放電的機(jī)組，可根據(jù)選用裝置型號(hào)確定測點(diǎn)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

本系統(tǒng)于2013年11月在興隆電站1#機(jī)組正式投入使用，均采用PSTA2100軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能正確反映機(jī)組各部位在運(yùn)行、異常、故障情況下的振動(dòng)、擺度情況，實(shí)時(shí)記錄狀態(tài)信息，實(shí)施預(yù)警、報(bào)警及保護(hù)功能，便于運(yùn)行人員監(jiān)視、查找、分析。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，界面使用方便，且易于操作，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保證，為興隆電站帶來了明顯的安全、經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GB/T28570—2012 水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S]

2014-06-30

王方圓(1986—)，女，陜西人，助理工程師，研究方向：水電廠運(yùn)行。