水輪機接力器計算機檢漏系統的研究

張西克 楊磊 劉紀新 宋慶軍

摘 要：在水利發電中，水輪機接力器的主要作用是將油壓力轉化成調節桿的推拉力，將軸向移動轉化成葉片繞樞軸的轉動，實現葉片安放角度改變的目的。由于水輪機接力器存在著漏油等缺點，在帶動葉片調角，容易造成水輪機組的接力器無法同步。因此，利用計算機技術，實現對水輪機接力器的泄漏檢測，是保證水輪機接力器的重要的措施和保證水輪機健康穩定運行的重要環節。

關鍵詞：接力器;計算機;泄漏檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.157

1 引言

在水利發電中，液壓接力器將工作液壓站的液壓油壓力轉化成調節桿的推拉力，帶動連桿—轉臂機構將軸向移動轉化成葉片繞樞軸的轉動。由于接力器在一定工作年限后，會發生漏油故障，造成單個接力器無法動作，無法實現葉片調角，影響水輪機組的22個接力器無法同步，造成設備停機。

因此，利用先進的計算機技術手段，對接力器的工作油介質的壓力和溫度及接力器位移和振動等參數進行檢測和故障分析，實現接力器漏油檢測、特別是活塞在任意上接力器的檢漏，對接力器運行狀態進行故障信息監測，是保證水輪機健康穩定運行的重要環節。

2 計算機檢漏系統設計

考慮到檢測裝置的可行性和操作簡易型，水輪機液壓接力器的計算機檢漏系統包括液壓加載系統、檢測傳感器、采集卡、PCL、工業一體式計算機及上位機故障診斷系統幾部分組成。系統設計方案如圖1所示。

2.1 硬件設計

（1）加壓液壓站設計。加壓液壓站為整個系統提供液壓動力源，并通過快速連接裝置實現與液壓接力器的快速連接。加壓液壓站共設計4路液壓加壓管路，每次測量可實現4個液壓接力器的計算機檢測。每路管路與液壓接力器的連接通過在活塞缸兩邊附加的三通閥連接，液壓接力器工作時，三通閥旁路關閉，實現接力器的正常作業;檢測時三通閥旁路打開，斷開原工作管路，實現計算機檢測。

（2） PLC控制系統選型設計。PLC控制系統實現計算機檢測中的液壓站的控制。控制系統硬件包括電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D 模塊。電源模塊將AC220V的交流電壓轉換成24 V直流電，為其它模塊供電。CPU模塊用于控制總線上模塊之間的數據傳輸，并執行用戶程序。選擇德國西門子1200系列PLC，主CPU選擇1214。數字量輸入模塊用于將控制系統送來的外部數字信號電平轉換成S7-1200內部信號電平， 選擇1塊16點輸入的SM1221。輸出模塊用于將S7-1200內部信號電平轉換成控制系統所要求的外部信號電平，選擇1塊16點輸出的SM1222。

（3）檢測傳感器選型。4路檢測管路中，每路需要檢測進出口液壓壓力，液壓站的工作壓力最大為10MPa，最大工作壓力16Mpa，因此選擇量程為0-16 MPa的壓力傳感器，變送輸出信號為4-20mA。液壓接力器的位移檢測選擇軸編碼器共需8路模擬量口，接力器位移檢測采用光電軸編碼器實現。因此選擇選擇2000脈沖的NPN開路集電極輸出的增量式光電軸編碼器。

（4）采集卡。采集卡用于實現液壓接力器在計算機檢測中的壓力和位移信號，并通過計算機的PCI槽與檢測計算機相連。采集卡選擇研華的PCI1516卡即可滿足需求。

（5）計算機選型。計算機用于實現PLC的組態控制，控制液壓站對被檢測的接力器加壓，并將壓力及位移信號通過采集卡轉化為數字信號。為了現場操作方面，本系統選擇Triple Saver型號的一體式工業控制計算機。

2.2 軟件設計

利用采集的壓力和位移信號對液壓接力器的泄露故障進行檢測，需對采集的壓力等信號進行時頻分析，采用Matlab語言編寫和特征提取的程序，用Visual C++完成上位機組態監控界面設計，實現接力器泄漏的故障診斷。

在時頻分析時，利用希爾伯特黃變換對接力器狀態參數進行EMD能量熵的分解，并獲取每一個分量的內并模態函數（IMF），利用獲得的每個IMF條件分量的特征值利用進行故障識別，其故障識別算法流程為圖2 所示。

上位機監控采用Visual C++完成，實現故障信息監測，如圖3所示。

3 結束語

論文采用上位機、數據采集卡、PLC、液壓站及壓力和位移傳感器，實現了接力器的計算機泄露檢測及故障診斷，該系統已經成功應用在泰山抽水蓄能電站，目前應用效果良好，為該電站的接力器故障診斷提供了有力的保障。

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作者簡介：張西克（1982-），男，山東泰安人，工程碩士，副高級工程師，從事技術管理與機械狀態檢測及機械故障診斷等科研工作。