大型水輪機頂蓋振動傳感器安裝位置對比分析

彭 兵，李友平，曹長沖，尹永珍，司漢松

（中國長江電力股份有限公司技術研究中心，湖北 宜昌 443002）

水輪機及水泵

大型水輪機頂蓋振動傳感器安裝位置對比分析

彭 兵，李友平，曹長沖，尹永珍，司漢松

（中國長江電力股份有限公司技術研究中心，湖北 宜昌 443002）

本文通過對大型水輪機頂蓋振動數據分析，研究傳感器安裝位置因素對數據采集可靠性的影響。對比分析不同安裝位置振動傳感器采集的數據后，發現靠近頂蓋幾何形心的內部和遠離振動源的頂蓋上部位置的傳感器采集數據能夠真實反映頂蓋振動情況。

水輪機；頂蓋；振動傳感器；安裝位置

0 前言

大型水輪機轉輪直徑較大，其頂蓋具有較特殊的結構[1]。雖然制造廠商采取了多種措施增加頂蓋的剛度，但是由于直徑較大，頂蓋整體形狀呈薄圓盤狀，距離幾何形心不同位置處的測點形變量不一樣[2,3]。因此，在不同位置測量到的振動情況也不一樣。什么位置的振動測量數據最能夠真實反映水輪機頂蓋振動情況？這對水輪機穩定運行具有重大影響。所以，有必要研究一下傳感器安裝位置對頂蓋振動測量的影響。

1 監測分析實例1

1.1 機組及頂蓋振動測點基本情況

在金沙江下游某水電站某臺機組頂蓋上安裝了三個水平振動傳感器，對其采集的數據進行對比分析。傳感器安裝在頂蓋的+Y方向，如圖1所示，傳感器位置分別是：內部上、內部下和遠端。

表1 實例1機組及頂蓋振動測點主要參數

1.2 測試情況及分析

根據實例1機組的數據分析，內部上振動傳感器所采數據的一致性較好。

內部上振動傳感器所采數據隨負荷的變化情況是：在200～300MW出現振動最大值，最大值83～300um；在400～500MW出現第二峰值，但峰值小于90um，之后隨負荷增加逐漸下降。該位置水平和垂直測點比較，變化趨勢一致。

內部下振動傳感器所采數據隨負荷的變化情況是：在200～300MW出現第一次峰值，最大值120～330um；在400～500MW出現第二次峰值，最大值140～175um；水頭93.07～106.35m范圍內，400～500MW負荷范圍內出現振動最大值，均超過150um；該位置水平和垂直測點比較，變化趨勢不一致。綜合以上情況，該位置傳感器不在正常工作狀態，數據可信度較差。

圖1 實例1頂蓋振動傳感器安裝位置圖

遠端振動傳感器所采數據隨負荷的變化情況是：水平方向測點數據趨勢明顯，在200～300MW負荷范圍內出現振動最大值，最大值在200～900um；在400～500MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于140um，之后隨負荷增加逐漸下降。垂直方向測點數據變化雜亂，說明傳感器已失效。綜合以上情況，該位置傳感器不在正常工作狀態，數據可信度較差。

綜合上述情況，小結如下：

（1）對不同位置的振動數據比較，內部上振動傳感器所采數據趨勢性強，內部下振動傳感器所采數據趨勢性次之，遠端振動傳感器所采數據趨勢性最弱。

（2）對不同位置的振動數據比較，內部上位置處振動較小，內部下位置處振動較大，遠端位置處振動最大。

（3）對相同位置的振動數據比較，垂直方向振動大于水平方向振動。內部上振動傳感器所采數據垂直振動最大值達350um，而水平振動最大值300um。內部下和遠端垂直方向振動由于振動幅值大，傳感器已失效。

圖2 實例1頂蓋振動幅值隨有功變化趨勢圖

2 監測分析實例2

2.1 機組基本情況

在金沙江下游另一水電站某臺機組頂蓋上安裝了8個振動傳感器，對其采集的數據進行對比分析。傳感器分為兩組，分別安裝在頂蓋的+X方向和+Y方向。兩組傳感器安裝位置類似，如圖3所示，傳感器位置分別是：外部水平、外部垂直、內部水平和內部垂直。

表2 實例2機組及頂蓋振動測點主要參數

圖3 實例2振動傳感器安裝位置圖

2.2 測試情況及分析

根據實例2機組的數據分析，頂蓋內部振動測點數據的一致性較好。

頂蓋+X方向內部振動測點數據隨負荷的變化情況是：在100～200MW出現振動最大值，最大值19～48um；在400～500MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于15um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。該位置水平和垂直測點比較，變化趨勢一致。垂直方向振動大于水平方向振動，頂蓋內部振動測點數據垂直振動最大值達103um。

頂蓋+X方向外部振動測點數據隨負荷的變化情況是：水平方向測點數據趨勢明顯，在50～200MW負荷范圍內出現振動最大值，最大值在100～250um；在300～400MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于100um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。垂直方向測點數據在200～300MW負荷范圍內出現振動最大值，最大值在150～550um；在300～400MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于150um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。該位置水平和垂直測點比較，變化趨勢一致。垂直方向振動大于水平方向振動，頂蓋內部振動測點數據垂直振動最大值達550um。

頂蓋+Y方向內部振動測點數據隨負荷的變化情況是：在100～200MW出現振動最大值，最大值33～73um；在300～500MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于10um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。該位置水平和垂直測點比較，變化趨勢一致。垂直方向振動大于水平方向振動，頂蓋內部振動測點數據垂直振動最大值達174um。

頂蓋+Y方向外部振動測點數據隨負荷的變化情況是：在50～300MW負荷范圍內出現振動最大值，最大值在182～2208um；在400～500MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于120um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。垂直方向測點數據在50～200MW負荷范圍內出現振動最大值，最大值在126～188um；在300～400MW負荷范圍內出現第二峰值，峰值小于45um；之后隨負荷增加逐漸下降；負荷超過700MW后，振動有增大趨勢。該位置水平和垂直測點傳感器在部分負荷工況存在失效的情況。

綜合上述情況，小結如下：

（1）對不同位置的振動數據比較，頂蓋內部振動測點數據的一致性較好。

（2）對不同位置的振動數據比較，內部振動較小，外部振動較大。

（3）對相同位置的振動數據比較，垂直方向振動大于水平方向振動。

圖4 實例2頂蓋振動幅值隨有功變化趨勢圖

3 結論

大型水輪機頂蓋直徑大，不同位置的形變情況不一。在不同位置安裝的振動傳感器采集的數據情況有差別。通過對水輪機頂蓋振動實例的分析，對比同一水輪機頂蓋不同安裝位置振動傳感器所采集數據情況，得出以下結論：

（1）對不同位置的振動數據比較，頂蓋內部振動測點距離頂蓋軸線半徑小，數據的一致性較好。

（2）對不同位置的振動數據比較，距離頂蓋軸線半徑小的內部測點處振動較小，傳感器不容易受到沖擊的影響；而距離頂蓋軸線半徑大的外部測點振動較大，傳感器受沖擊的影響，容易失效。

（3）對頂蓋振動監測相同位置數據比較，垂直方向振動大于水平方向振動。

[1]朱麗輝, 武賽波. 小灣水電站頂蓋取水試驗研究[J]. 大電機技術，2013(2)：63-66.

[2] 李德忠，馮正翔，丁仁山, 等. 二灘水電廠各機組運行穩定性綜合分析[J]. 水電能源科學，2007(4):79-84.

[3]文習波，王浩，車軍等. 官地水電站機組運行穩定性研究[J]. 水電與新能源，2014(7):26-30.

AnAnalysis of Data From Vibration Sensors on Different Installation Positions of A Large Turbine’s Head Cover

PENG Bing, LI Youping, CAO Changchong, YIN Yongzhen, SI Hansong
(Technology & Research Center, China Yangtze Power Company ltd., Yichang 443002, China)

The effect of sensor installation position to the reliability of data sampling on vibration of a large turbine’s head cover is researched in this paper. Analysis on data from vibration sensors at different installation positions show that data from vibration sensors located near geometric centroid of head cover and far away from the vibration source can truely reflect the vibration on the head cover.

turbine; head cover; vibration sensor; installation position

TV741

A

1000-3983(2016)02-0033-04

2015-05-11

彭兵（1978-），2008年畢業于華中科技大學，現從事發電設備狀態檢修方面的工作，博士，高級工程師。

審稿人：趙英男

流體及動力機械教育部重點實驗室(西華大學)開放課題資助：大型水輪發電機組振動測量基礎性問題研究(szjj2014-047)