机组在线监测的组成与实现

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1、水轮发电机组状态监测系统的组成及应用作者：汪晓兵　　　　单位：长沙华能自控集团有限公司摘　要:本文通过对水轮发电机组状态监测系统的各子系统的介绍，提出分布式、渐进式实现对机组安全监测的配置及功能实现的观点，并就其实际应用做了一些探讨。关键词:水轮发电机组；振动；摆度；汽蚀；局部放电一、概述水轮发电机组故障的发生总是从量变发展到质变，目前机组配备的保护主要是机组故障发生后采取紧急停机的措施，如过电流、过电压、过速、过温等。但机组的故障已经发展到质变阶段时，为了防止故障的产生，常用的办法就是计划检修。也就是“到期必修”，这样做经常需要大拆大装，不但造成了人、材、物的大量浪费，有时

2、还会出现设备拆修损坏，造成“劳而有罪”。随着科学技术特别是监测技术的迅速发展，使我们能准确监测机组的各种信息，为机组在线状态监测系统的实现提供了非常有利的条件。机组状态监测系统应包括如下几方面的内容：机组振摆状态监测子系统、机组效率状态监测子系统、机组汽蚀状态监测子系统、机组电气状态监测子系统。并且包括将这些系统整合起来进行数据管理、诊断及网络发布的状态诊断网络，通过这一网络，可使电厂各生产单位及管理部门随时灵活地管理机组状态信息，从而达到为生产和检修服务的目的。二、水轮发电机组状态监测系统的组成水轮机发电机组状态监测系统由五个子系统组成，如图1。图1水轮发电机组状态监测系统

3、的组成1．机组振摆状态监测子系统水轮发电机组的振动是以水轮机为原动力，水的势能是激发或维持机组振动的最根本能源。从结构上讲，水轮发电机组可以分成两大部分：转动部分和固定、支持部分。它们中任何一个部件存在机械缺陷时都可能引起机组的振动，而这些缺陷可能是由设计、加工、安装等任何一个环节所引起。因此，一般来说水轮发电机组有四大振动部件：上机架、下机架、顶盖、转动部分；异常情况下还有其他振动部件，如定子铁心等。振动一般分为以下几类：（1）机械类振动机械部分的平衡力引起的振动称为机械类振动。例如，转动部分重量不平衡、轴线偏差、摆动过大等。其主要特点是振动频率与机组转速一致，有时振幅与转

4、速成正比。（2）电气类振动由于电气方面的原因造成发电机磁场不平衡而引起的振动称为电气振动。例如，发电机在三相电流不对称情况下运行磁场不均匀，发电机短路故障等。其主要特点是振幅与励磁电流大小成正比。（3）水施类振动由于某些原因引起水轮机蜗壳内受力不平衡而造成的振动称为水施类振动。例如，尾水涡带、叶片水卡门涡列、转轮圆圈边间隙不均匀、转轮汽蚀等。其特点是振幅与导叶开度有关，往往开度愈大，振幅愈大。图2、图3是目前监测振动用低频速度传感器，监测摆度用电涡流传感器。2．机组效率状态监测子系统水轮机效率因机型、设计制造水平的不同而不同。在已投入运行的机组中，有的由于设计选型不合理或在制

5、造安装中存在着缺陷和遗留问题，使水轮机效率不高。特别是有的机组由于长期处在低效率区或在低水头下运行，严重影响着机组效率的发挥，同时还会造成严重的振动和汽蚀破坏。在线监测机组效率同机组效率测试是不同的要求，因为水头在生产过程中不可能人为很好地控制，所以在线监测强调的是在实际运行工况下机组不同效率性能的比较和择优。也就是说，在线效率监测并非是为了测得机组的某一确定效率值，而是评价机组在当前蓄水条件和生产条件的约束下，应该采用何种运行方式最为经济，甚至可以实现多台机组的综合经济指标最优。这些效益及显著的优点如果不进行机组在线状态监测是不可能得到的。另外，效率监测对于机组振摆监测、汽

6、蚀监测及故障诊断是非常好的映证和补充，可以降低误判断的几率，缩短积累经验的周期。3．机组汽蚀状态监测子系统水轮机气蚀监测能够准确地监测水轮机的汽蚀强度，使机组能够在高效率区运行，减少水轮机叶片的汽蚀破坏，通过对汽蚀量历史数据的累积测量，可以标定水轮机的汽蚀破坏程度，准确决策机组的检修间隔，为机组由计划检修向状态检修过渡奠定基础。水轮机在其运行时，在转轮出口和尾水管进口处往往形成负压，当压力降低到小于汽化压力时，水就汽化，在水流中产生许多气泡，气泡随着水流移动到压力较高处，便骤然消失。在此瞬间，水流质点以高速度向气泡中心撞击，水流质点这种高速度的碰撞会引起水压力的增高（有时达几

7、十到几百个大气压），然后被强烈碰撞而压缩的水流质点，又向相反的方向扩散，从而造成气泡处的压力急骤降低。这样就形成气泡中心的压力，在一段时间内周期性的波动。这种由气泡的产生和消失过程中引起的一系列现象称为汽蚀现象。除上述周期性的压力波动外，还有下列现象：当压力降低到饱和蒸汽压时，水流不仅产生气泡，溶解在水中的气体也以气泡形式选出，这种空气泡会随着水流排出。当气泡的产生和消失发生在固体表面时，水流质点高速度的周期性冲击像锐利的刀尖一样剧烈地打击着固体表面，造成固体表面的机械破坏，称为剥蚀。如果固体表面粗糙，