水電機組動態(tài)盤車數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

秦爽 陳超 金文寶 梁雪山 郭桉麟

摘 要：針對傳統(tǒng)盤車精度差、耗時長、缺乏精確調(diào)整方法等問題。采用當下流行的計算機有關技術、傳感器技術、無線通信技術，研究并且開發(fā)了水電機組動態(tài)盤車數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以提高軸線檢測處理的效率以及準確性，能加快軸線的處理速度，提高盤車的工作效率，節(jié)約人力物力，縮短檢修工期。

關鍵詞：動態(tài)盤車;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)分析

中國水電系統(tǒng)經(jīng)過20年的快速發(fā)展，現(xiàn)在水電裝機總?cè)萘恳呀?jīng)超過了2億KW，建成大中小水電站超過了4.5萬座。水電機組是水力發(fā)電廠的關鍵設備，機組運行的狀態(tài)直接影響水力發(fā)電廠的安全運行。水電機組盤車是調(diào)整水輪機軸與發(fā)電機軸軸線的過程，在水電站大修過程中，盤車的時間和精度對于大修質(zhì)量和大修時間影響巨大。隨著越來越多水電機組的投入運行，自動化盤車系統(tǒng)大量應用于機組檢修。但這些盤車系統(tǒng)僅解決了自動轉(zhuǎn)動問題，并不能提高盤車的速度與工藝，且已有自動化盤車系統(tǒng)造價高、維護復雜，無法得到很好的應用。

針對傳統(tǒng)盤車存在測量點數(shù)量少、人工記錄有誤差、盤車耗時長等問題，提出了一種能夠滿足任意測點和快速高精度連續(xù)盤車需要的系統(tǒng)。在詳細闡述系統(tǒng)體系基礎上，給出了軟件平臺的關鍵技術與實現(xiàn)措施。該分析系統(tǒng)具備實用性強、精確度高、工作效率高、盤車方法現(xiàn)代等優(yōu)點，因此具有非常好的應用和推廣價值。

本文根據(jù)水電機組盤車的實際情況，探索了動態(tài)測量方式而且能夠自動出具調(diào)整方案，研發(fā)出了一種契合實際的水電機組動態(tài)盤車數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。系統(tǒng)采用現(xiàn)代的傳感器與快速采集裝置實現(xiàn)等分點動態(tài)盤車測量，計算機同時記錄數(shù)據(jù)并給出合理的盤車調(diào)整方案。

1動態(tài)盤車裝置的優(yōu)點

與傳統(tǒng)盤車工藝做出比較后發(fā)現(xiàn)，動態(tài)盤車裝置具備下列優(yōu)點：

1）盤車裝置安裝、裝配、非常簡便而且操作也很容易，能夠適應工作人員的工作環(huán)境和工作條件，能夠降低工人的勞動強度，提高了工人的工作效率;排除了盲目、超負荷驅(qū)動的隱患，從根本上確保了人員和設備的安全，適合在水電站中運用和推廣。

2）力的作用點以及作用方向符合常規(guī)，均勻的轉(zhuǎn)速、傳動比合理、驅(qū)動較平衡、停點定位精確，為了使轉(zhuǎn)子于充分、自由的狀態(tài)下讀取精確的數(shù)據(jù)可以通過正反轉(zhuǎn)控制的方式，軸向、徑向無干擾，這些關鍵點能保證測量數(shù)據(jù)客觀有效，因此提高了盤車的測量準確度。

3）動態(tài)盤車利用傳感器控制百分表進行自動取數(shù)，同時系統(tǒng)軟件同步記錄數(shù)據(jù)，在盤車過程中無須再像傳統(tǒng)盤車方式進行間斷記錄數(shù)據(jù)，大大提高了盤車的工作效率。

2 總體設計思路

系統(tǒng)采用先進的無線通信技術、計算機技術、傳感器技術，研發(fā)了一個用于水電機組檢修的“水電機組動態(tài)盤車數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)”，能夠加快“多點等分角度”軸線數(shù)據(jù)工作速度也可以讓數(shù)據(jù)得到連續(xù)采集與處理，檢修工期可以大大縮短，進而提高軸線處理的質(zhì)量。

系統(tǒng)對于測量軸線的徑向位移使用的是德國的高級百分表，運用色標傳感器識別各測點方位。計算機通過無線傳輸技術將采集端的數(shù)據(jù)收集到本地系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析處理軟件將根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)進行分析計算，以完成數(shù)據(jù)的分析與處理。根據(jù)機組軸線的狀態(tài)用圖形圖像的方式展示出來，然后給出關于軸線處理的合理建議。系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)平臺設計

本系統(tǒng)是基于C語言開發(fā)的。基本過程是通過傳感器采集數(shù)據(jù)，然后通過無線傳輸進行數(shù)據(jù)上傳。

基本主要過程：

1）傳感器感應

傳感器標定是保證動態(tài)盤車連續(xù)采樣的前提。因為本系統(tǒng)要求可以進行動態(tài)連續(xù)采集“多個點且等分角度”數(shù)據(jù)，所以在進行盤車的時候要對被測位置的精確擺度值進行一個連續(xù)的采集，故要對大軸上的合適位置安裝傳感器，當?shù)竭_指定色標，傳感器收到信號進行激活。

2）盤車數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是需要動態(tài)盤車裝置勻速連續(xù)的驅(qū)動下才可以完成，針對水電機組的法蘭、上導、水導、鏡板等部位的測點使用色標傳感器進行并行連續(xù)地控制采樣，利用系統(tǒng)平臺的驅(qū)動程序記錄顯示的過程。并行連續(xù)采樣與顯示有兩個關鍵點需要解決：一是盤車具有的多個被測部位：如法蘭、上導、水導等部位，必須要確保被測部位數(shù)據(jù)的同步性在進行盤車的時候。二是如何保證實時連續(xù)的顯示問題。由于電廠具有電磁環(huán)境，所以容易受到電磁的沖擊干擾等，為了保證采集數(shù)據(jù)的可靠性，需要對于因干擾而產(chǎn)生的無線傳輸誤差進行規(guī)避。

3）盤車無線通信設備

應用數(shù)傳電臺的現(xiàn)代技術讓軟件系統(tǒng)與測量工具二者之間能夠進行雙向通信，選擇半雙工制串行的通信方式。數(shù)傳電臺具有成本造假低、效率高、可靠性好、功能結構簡單、用戶編程范圍廣、傳輸方便快捷等多種優(yōu)點，能應用于控制系統(tǒng)和很多測量系統(tǒng)中。

本系統(tǒng)包括的主要功能如下：

1）機組類型選擇模塊：登錄系統(tǒng)之后在此界面進行機組類型選擇。

2）機組安裝及拆卸流程演示模塊：此模塊的功能是對非專業(yè)人員進行簡單的盤車結構展示以及拆卸安裝流程，還可以查看盤車結構示意。

3）盤車數(shù)據(jù)采集模塊：通過此模塊可以設置盤車機組的參數(shù)并且通過盤車測量采集到各個部位的擺度值。

4）盤車數(shù)據(jù)處理模塊：該模塊能夠?qū)ΡP車的采集數(shù)據(jù)進行計算并且能夠分析盤車擺度曲線還可以對盤車軸線的狀態(tài)進行展示。

5）盤車軸線處理模塊：具有軸線故障診斷功能和盤車軸線狀態(tài)示意圖展示功能。

6）盤車軸線仿真調(diào)整模塊：給出盤車調(diào)整方案并且具有盤車軸線調(diào)整仿真模擬功能。

7）盤車報告打印模塊：供用戶進行相應的關鍵數(shù)據(jù)的打印。系統(tǒng)功能模塊劃分如圖2所示。

3.1盤車數(shù)據(jù)記錄分析

該模塊擺度測量裝置采集上導、法蘭、水導等的X、Y方向的擺度，定點設置盤車的等分點數(shù)，盤車數(shù)據(jù)記錄主要是測量各個部位的擺度值。根據(jù)盤車裝置測量出主軸各個代表性部位的相關擺度值，分析機組軸線的狀態(tài)然后計算出它的垂直度（其中包括發(fā)電機主軸相對鏡板的垂直度，水輪機主軸相對發(fā)電機主軸法蘭面的垂直度），為軸線處理工作提供依據(jù)。軸線測量是整個軸線工作的基礎。此界面右側(cè)是實時盤車圖，盤車圖的作用是在盤車過程中對測量點進行實時觀察然后觀測數(shù)據(jù)，它可以查看到傳感器測出的實時數(shù)據(jù)。圖3為該系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集界面。