水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)及其在抽水蓄能電廠的實(shí)踐研究

劉杰

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和擺動(dòng)的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會(huì)造成設(shè)備的損傷，使設(shè)備的運(yùn)行效率下降。在水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中，如果沒有及時(shí)的采取措施對(duì)振動(dòng)和擺動(dòng)進(jìn)行處理，有可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。文章主要通過對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，探討其在某抽水蓄能電廠的實(shí)踐狀況。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；分析系統(tǒng)；振動(dòng)；擺渡；實(shí)踐研究；單元作用

中圖分類號(hào)：TK730.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0063-02

1 概 述

水電機(jī)組在水電廠的運(yùn)行過程中起著關(guān)鍵的作用，其運(yùn)行狀態(tài)決定著水電廠的安全狀態(tài)。隨著我國(guó)監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備維修方式的發(fā)展和完善，我國(guó)水電廠運(yùn)行中的維修模式發(fā)生了很大的變化，從預(yù)防性維修逐漸向著預(yù)測(cè)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(fā)展。

在這一發(fā)展過程中水利發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，它能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)的問題。在某抽水蓄能電廠中水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是水輪機(jī)組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它具有在機(jī)組調(diào)試的過程中分析并排除影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)量的干擾信號(hào)等方面的功能，在很大程度上促進(jìn)了某抽水蓄電廠的發(fā)展。

2 水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因

2.1 機(jī)械振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)主要是由水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中機(jī)械部分的慣性力、摩擦力、它力引起的。這些作用力的產(chǎn)生因素主要表現(xiàn)在4個(gè)方面。

①轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)使水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中在轉(zhuǎn)子重心和軸心之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏心距。在偏心距的影響下，主軸在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生一種離心力，導(dǎo)致主軸彎曲變形。

②機(jī)組軸線不正。機(jī)組軸線不正會(huì)使機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)中轉(zhuǎn)輪的幾何重心偏離旋轉(zhuǎn)中心，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)擺振的現(xiàn)象。

③導(dǎo)承周存在問題。因?yàn)閷?dǎo)承軸的原因?qū)е聶C(jī)械振動(dòng)，主要表現(xiàn)在導(dǎo)承軸存在松動(dòng)、剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)、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(huì)出現(xiàn)推力頭松動(dòng)的現(xiàn)象，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)。

2.2 水拖振動(dòng)

水拖振動(dòng)主要是由水輪機(jī)水利部分的動(dòng)水力壓力造成的。這些水輪機(jī)部分的動(dòng)水壓力產(chǎn)生的因素表現(xiàn)在4個(gè)方面。

①水力不平衡。如果流入轉(zhuǎn)輪的水流出現(xiàn)不平衡，就會(huì)出現(xiàn)一種橫向力，在橫向力的作用下回出現(xiàn)水拖振動(dòng)。

②尾水管中的水力不穩(wěn)定。尾水管中的水力直接作用于機(jī)組，當(dāng)尾水管中的水力出現(xiàn)不穩(wěn)定的時(shí)候會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)、噪聲、出力波動(dòng)。

③空腔。水輪機(jī)在空腔的狀態(tài)下運(yùn)行的時(shí)候，機(jī)頂蓋和推力軸承會(huì)出現(xiàn)激烈的垂直振動(dòng)。

④卡門旋渦。卡門旋渦是在一定水頭和導(dǎo)葉開度下產(chǎn)生的，會(huì)引起葉片的工振。

3 某抽水蓄能廠水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)

3.1 監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某抽水蓄能廠水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的主體采用的是北京奧技異電氣技術(shù)研制的PSTA2003系統(tǒng)平臺(tái)。這個(gè)系統(tǒng)已網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、運(yùn)行中心分析局域網(wǎng)、電廠局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)作為基礎(chǔ)。在通訊協(xié)議上選擇的是IP/TCP通信協(xié)議。系統(tǒng)基礎(chǔ)組成部分是上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)的核心軟件是Hsmart服務(wù)器客戶端，下位機(jī)的核心軟件是PSTMonitor現(xiàn)地監(jiān)測(cè)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(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的單元作用可以從兩個(gè)方面分析，一個(gè)方面是上位機(jī)系統(tǒng)，另一個(gè)方面是下位機(jī)系統(tǒng)。

上位機(jī)單元主要包括狀態(tài)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、工程師工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印設(shè)備等單元。

其中，數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能主要是存儲(chǔ)下位機(jī)采集和處理過的電氣信號(hào)；WEB/運(yùn)用服務(wù)器的主要功能是負(fù)責(zé)發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)；工程師站的主要作用是監(jiān)測(cè)畫面和自動(dòng)報(bào)表編輯程序。

下位機(jī)系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地單元柜、現(xiàn)地信號(hào)采集預(yù)處理單元、信號(hào)傳感器等模塊。

其中信號(hào)采集和預(yù)處理單元的主要功能是保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)、鍵盤、液晶顯示屏和各種信號(hào)預(yù)處理單元的信號(hào)鏈接交換；傳感器的功能主要是監(jiān)測(cè)機(jī)組軸承和軸心軌跡。

4 機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

4.1 擺度（x、y水平）監(jiān)測(cè)點(diǎn)

擺度（x、y水平）監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)、水導(dǎo)、推力軸承的狀態(tài)。以擺度（x、y水平）監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，監(jiān)測(cè)人員可以測(cè)出各軸承的軸心軌跡，從而可以在機(jī)組的工作工程中對(duì)機(jī)組進(jìn)行分析，找出機(jī)組中出現(xiàn)的故障問題和軸承的缺陷。在某抽水蓄能廠水輪發(fā)電機(jī)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(duì)中等。在監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)中，工作人員可以通過監(jiān)測(cè)推力軸承，觀察軸承的受力情況和鏡板的波浪度，從而對(duì)軸承的運(yùn)行狀況有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。如圖2所示。

4.2 軸向振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

通過監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)軸向振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。工作人員可以得出機(jī)組在運(yùn)行的過程中因?yàn)樗拓?fù)荷情況引起的抬機(jī)量、鏡板的波浪度、油膜厚度等方面的情況。工作人員以監(jiān)測(cè)的結(jié)果為依據(jù)可以分析出推力軸承的鏡板光滑度和負(fù)荷分布情況，還可以分析出主軸的軸向位移量。如果機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)軸承故障，工作人員還可以通過軸向振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及時(shí)的分析故障的情況，為解決故障做好準(zhǔn)備。

5 某抽水蓄能廠水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的 監(jiān)測(cè)的作用

某抽水蓄能廠水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)廠中的機(jī)組水輪機(jī)的部分過流部件、三大軸承、上下機(jī)架、定子和主軸的振動(dòng)和擺渡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過用科學(xué)的手段對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析處理在系統(tǒng)中生成了結(jié)構(gòu)布置、空間軸線、水導(dǎo)狀態(tài)、法蘭擺渡、主軸狀態(tài)等監(jiān)測(cè)頁面。同時(shí)通過系統(tǒng)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(shù)值表分析等分析方法，可以對(duì)機(jī)組的軸形曲線、振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度的變化規(guī)律和故障的方位有了清晰的認(rèn)識(shí)。為電廠對(duì)水輪機(jī)的缺陷、故障的分析、判斷的預(yù)防提供了科學(xué)的依據(jù)。使電廠在運(yùn)行的過程中能夠及時(shí)的優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)機(jī)組進(jìn)行科學(xué)的檢修。避免因?yàn)闄C(jī)組的振動(dòng)和擺度給電廠的運(yùn)行造成重大的影響。

6 結(jié) 語

水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的運(yùn)行和實(shí)踐對(duì)某抽水蓄能電廠的運(yùn)行和發(fā)展具有重要的意義，它能夠保證機(jī)組的振動(dòng)能夠在合理的振動(dòng)區(qū)域進(jìn)行，還能夠?qū)Τ樗铍姍C(jī)組的振動(dòng)進(jìn)行科學(xué)的分析，使工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行過程總的隱患和缺陷，制定科學(xué)的方法解決隱患和缺陷。

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