传感技术在水轮发电机组振动监测上的应用探讨new

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1、福建能源开发与节约2002年第2期传感技术在水轮发电机组振动监测上的应用探讨郑志太李朝晖(华中科技大学湖北武汉4a0074)一、前言水电机组在运行中经常由于机械、水力和电气等方面的原因使其结构和某些部件产生振动。强烈的振动是水轮发电机组运行中常见的一种故障现象。振动机理比较复杂，直观判断和简单的测试，常常难以找到本质原因；而且有些故障与运行参数有关，出现的偶然性较大，故障特征不易捕捉，难以铲除事故隐患。强烈的振动将影响机组的正常运行，而图2检测导体示意图且还会降低机组和一些零部件的使用寿命；当引起厂房、压力管道的共振和机组出力波动时，机组则更无法运行。所以对机组振动进行适时的监测与诊断已得到广

2、泛的关注。传感技术的研究与成熟的位移传感器产品的诞生，是机组振动研究的基础，并使状态监测与诊断系统的建立成为可能。6二、位移传感器的技术图3Q一8特性图Q=Qoa(1+v82一w)振动检测传感器有位移式、速度式、加速度式。式中：Qoa为被测导体靠近时的Q值。在水电实践中应用最为广泛的是位移式传感器，且v、W一分别为待定系数。多为电涡流传感器。Q一6特性曲线是一S型曲线(见图3)。1．工作原理由此可见，在6l附近有一个可以选用的线性段，传感器由探头和前置器构成。探头由线圈、骨其线性段的大小主要决定探头线圈的外径D。架、壳体、射频电缆和同轴电缆接头构成。见图l在工程上直接测量高频Q值是不方便的，因

3、而采用并联谐振法，即在前置器中将一个固定电容c与探头线圈并联，再与晶体管T一起构成一个振荡器，如图4。谐振电压：Ux=I·(L／C)·Q图l探头结构示意图线圈被来自前置器的高频信号激励，产生高频磁场(见图2)。当被测得导体靠近线圈时，由于高频磁场的作用，在金属表面产生涡流，被测金属导体相当于短路线圈，将产生磁场，以抵消的变化，使线圈Q值降低，其降低程度与线圈平面到被测体表面的距离6有关。Q__6表达式为：图4电涡流传感器原理方块图6200'2年第2期福建能源开发与节约由公式说明：谐振电压与线圈Q值成正比，即Ux一6特性与Q一6特性一致。2．技术指标(见表1)表1探头线性量线性中非线性度零值电分

4、辩频响范稳定度温标％／序号程mm点8o％·F·S压m率围3dB％·F·SC·F·S0l0．10．3020．30．40．1030．50．5O(de)041．00．8ll0一5kHz052．01．50．20．50．1063．02．5075．04．00．5O(de)08l0．06．02一lkHZ0920．0l2．0l0505．027．0三、位移传感器的应用以应用位移传感器检测主轴的摆度，上下机架水平、1．在实践中，我们应用位移传感器有效地监测垂直振动，各导轴承的油膜厚度与抬机等情况，并水电机组状态的如下参数：通过设定越限报警值与事故停机值来保护机组，所(1)上、下导轴承与水导轴承处的轴向、径向振以这

5、类振动检测应采用在线的。动相对位移量；(5)对于某些机组要查找疑难的振动原因，则可(2)推力头的轴向、径向振动相对位移量；以通过位移传感器进行全方位的振动检测，包括尾(3)上下机架的水平、垂直振动相对位移量；水管的振动，水轮机楼层、发电机楼层的振动等。(4)顶盖的水平、垂直振动相对位移量；再对检测到的各种参数进行分析，找出振因，制定(5)定子铁芯的水平、垂直振动相对位移量；对策。(6)尾水管的振动振幅量；四、机组振动分析诊断(7)励磁机集电环的水平振动相对位移量；应用位移传感器检测到的机组振动状态参数，(8)大轴轴向相对位移量；目的用于判别发电设备健康状态程度，为设备运行、(9)水轮机、发电机

6、所在楼层楼板振动量。维护、检修甚至技改决策提供参考依据。所以对振2．应用中的几点认识：动状态参数的分析诊断尤为重要。(1)安装位移传感器时，其探头固定架的安装至1．动态检测参数分析关重要。固定架应牢固，并便于调整探头与被测体(1)振幅：振幅是表示机组振动严重程度的一个(如转轴、定子等)的距离，使振动振幅量在线性区重要指标。通过检测振幅，可以判断机组是否平稳域内；应保证探头与被测体的中心线垂直，使探头运行。与被测体的相对感应面积较大。(2)频率：振动频率是进行振动诊断的一个重要(2)关键状态参数应布设两个探头。如水导轴承的参数，对水电机组来说，振动频率往往表现为机处的摆度，就应在水导轴颈处沿圆周

7、相对90度布置组转速的整数倍和分数倍。例如：1倍转速、2倍转两个探头，这样就可以形象地描绘出水导摆度的轴速、1／'2倍转速。心轨迹圆。(3)相位：相位测量对转动部分来说，是分析动(3)安装调试后，可以采用接触式千分表进行人平衡的一个重要参数。通过该参数，可确定转动体工校对。残余不平衡的位置，从而进行正确的动平衡。(4)在相对稳定的水轮发电机组上，为了及时发(4)振动波形：振动波形分两种，时基波形与