水輪發電機組狀態監測分析系統及其在抽水蓄能電廠的實踐研究

劉杰

摘 要：水輪發電機組在運行的過程中會出現振動和擺動的現象，這些現象會造成設備的損傷，使設備的運行效率下降。在水輪發電機組的運行過程中，如果沒有及時的采取措施對振動和擺動進行處理，有可能會導致事故的發生。文章主要通過對水輪發電機組狀態監測系統進行分析，探討其在某抽水蓄能電廠的實踐狀況。

關鍵詞：水輪發電機組；狀態監測系統；分析系統；振動；擺渡；實踐研究；單元作用

中圖分類號：TK730.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0063-02

1 概 述

水電機組在水電廠的運行過程中起著關鍵的作用，其運行狀態決定著水電廠的安全狀態。隨著我國監測技術和設備維修方式的發展和完善，我國水電廠運行中的維修模式發生了很大的變化，從預防性維修逐漸向著預測性維修的方向，從專人值班看守逐漸向著無人值班或者少人值班的方面發展。

在這一發展過程中水利發電機組監測分析系統發揮了重要的作用，它能夠及時的發現水輪發電機組在運行的過程中出現的問題。在某抽水蓄能電廠中水輪發電機組狀態監測系統主要是水輪機組振動在線監測系統，它具有在機組調試的過程中分析并排除影響系統數據測量的干擾信號等方面的功能，在很大程度上促進了某抽水蓄電廠的發展。

2 水輪發電機振動產生的原因

2.1 機械振動

機械振動主要是由水輪發電機在運行的過程中機械部分的慣性力、摩擦力、它力引起的。這些作用力的產生因素主要表現在4個方面。

①轉子的質量不平衡。轉子質量不平衡會使水輪發電機在運行的過程中在轉子重心和軸心之間會產生一個偏心距。在偏心距的影響下，主軸在旋轉的過程中會產生一種離心力，導致主軸彎曲變形。

②機組軸線不正。機組軸線不正會使機組在轉動中轉輪的幾何重心偏離旋轉中心，導致軸承出現擺振的現象。

③導承周存在問題。因為導承軸的原因導致機械振動，主要表現在導承軸存在松動、剛性不足、運行不穩、間隙不合理等方面。

④推力軸承鏡板的問題。如果推力軸承鏡板和主軸不垂直，就會出現推力頭松動的現象，從而會導致機械振動。

2.2 水拖振動

水拖振動主要是由水輪機水利部分的動水力壓力造成的。這些水輪機部分的動水壓力產生的因素表現在4個方面。

①水力不平衡。如果流入轉輪的水流出現不平衡，就會出現一種橫向力，在橫向力的作用下回出現水拖振動。

②尾水管中的水力不穩定。尾水管中的水力直接作用于機組，當尾水管中的水力出現不穩定的時候會引起機組的振動、噪聲、出力波動。

③空腔。水輪機在空腔的狀態下運行的時候，機頂蓋和推力軸承會出現激烈的垂直振動。

④卡門旋渦。卡門旋渦是在一定水頭和導葉開度下產生的，會引起葉片的工振。

3 某抽水蓄能廠水輪發電機組狀態監測分析系統 結構

3.1 監測分析系統結構

某抽水蓄能廠水輪發電機組狀態監測分析系統的主體采用的是北京奧技異電氣技術研制的PSTA2003系統平臺。這個系統已網絡平臺、運行中心分析局域網、電廠局域網、廣域網作為基礎。在通訊協議上選擇的是IP/TCP通信協議。系統基礎組成部分是上位機系統和下位機系統。上位機的核心軟件是Hsmart服務器客戶端，下位機的核心軟件是PSTMonitor現地監測程序。其具體組成，如圖1所示。

3.2 單元作用

某抽水蓄能廠水輪發電機組狀態監測分析系統的單元作用可以從兩個方面分析，一個方面是上位機系統，另一個方面是下位機系統。

上位機單元主要包括狀態、數據服務器、應用服務器、工程師工作站、網絡設備、打印設備等單元。

其中，數據服務器的功能主要是存儲下位機采集和處理過的電氣信號；WEB/運用服務器的主要功能是負責發布數據服務器中的數據；工程師站的主要作用是監測畫面和自動報表編輯程序。

下位機系統主要包括現地單元柜、現地信號采集預處理單元、信號傳感器等模塊。

其中信號采集和預處理單元的主要功能是保證采集數據的準確和完善；電源模塊的作用是將從220 V直流饋電盤和220 V逆變電源盤的電源送到交直流雙供逆變單元模塊；共享器的功能主要是實現鼠標、鍵盤、液晶顯示屏和各種信號預處理單元的信號鏈接交換；傳感器的功能主要是監測機組軸承和軸心軌跡。

4 機組狀態監測點

4.1 擺度（x、y水平）監測點

擺度（x、y水平）監測點主要用于監測發電機組上導、水導、推力軸承的狀態。以擺度（x、y水平）監測點的監測結果為依據，監測人員可以測出各軸承的軸心軌跡，從而可以在機組的工作工程中對機組進行分析，找出機組中出現的故障問題和軸承的缺陷。在某抽水蓄能廠水輪發電機組中存在的軸承缺陷主要有軸承間隙過大或者過小、軸承不對中等。在監測分析系統中，工作人員可以通過監測推力軸承，觀察軸承的受力情況和鏡板的波浪度，從而對軸承的運行狀況有一個直觀的認識。如圖2所示。

4.2 軸向振動監測點

通過監測分析系統對軸向振動進行監測分析。工作人員可以得出機組在運行的過程中因為水力和負荷情況引起的抬機量、鏡板的波浪度、油膜厚度等方面的情況。工作人員以監測的結果為依據可以分析出推力軸承的鏡板光滑度和負荷分布情況，還可以分析出主軸的軸向位移量。如果機組運行中出現軸承故障，工作人員還可以通過軸向振動監測點及時的分析故障的情況，為解決故障做好準備。

5 某抽水蓄能廠水輪發電機組狀態監測分析系統的 監測的作用

某抽水蓄能廠水輪發電機組狀態監測分析系統對廠中的機組水輪機的部分過流部件、三大軸承、上下機架、定子和主軸的振動和擺渡進行了監測。通過用科學的手段對監測的結果進行分析處理在系統中生成了結構布置、空間軸線、水導狀態、法蘭擺渡、主軸狀態等監測頁面。同時通過系統提供的功率譜分析、階次比分析、波形曲線、空間軸線、軌跡分析、多軌跡分析、數值表分析等分析方法，可以對機組的軸形曲線、振動頻率、振動幅度的變化規律和故障的方位有了清晰的認識。為電廠對水輪機的缺陷、故障的分析、判斷的預防提供了科學的依據。使電廠在運行的過程中能夠及時的優化機組的運行環境，對機組進行科學的檢修。避免因為機組的振動和擺度給電廠的運行造成重大的影響。

6 結 語

水輪發電機組狀態監測分析系統的運行和實踐對某抽水蓄能電廠的運行和發展具有重要的意義，它能夠保證機組的振動能夠在合理的振動區域進行，還能夠對抽水蓄電機組的振動進行科學的分析，使工作人員能夠及時發現機組運行過程總的隱患和缺陷，制定科學的方法解決隱患和缺陷。

參考文獻：

[1] 朱瑩，吳玉林，樊玉林，等.水輪發電機組狀態監測分析系統在十三陵抽 水蓄能電廠的應用[J]. 大電機技術，2007（01）：44-48.

[2] 秦磊.水輪發電機組狀態監測分析系統在抽水蓄能電廠的應用[J].機 電一體化，2014（2）：24-24.

[3] 劉玉斌.林凱.惠州抽水蓄能機組振動在線監測系統[J].水利發電，2010 （9）：76-78.