汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统

毕纯辉，王雪健，孙 凯，李淑钰

（1.水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040；2.哈尔滨理工大学，哈尔滨 150040；3.哈尔滨大电机研究所，哈尔滨 150040；）

前言

汽轮发电机是我国电力系统中最主要的发电设备，其发电总量占到我国年发电总量的70%-80%，因此保证汽轮发电机的安全运行关系到我国电力生产的安全。目前国内运行的汽轮发电机转子冷却方式，绝大部分采用气体直冷方式，因此保证转子通风道通畅，使其等效风速值达到设计要求是保证汽轮发电机安全运行的关键。

为了保证汽轮发电机的安全运行，对其转子通风道的检验有严格的规定，为此国家还颁布了用于汽轮发电机转子通风道检验的机械行业标准。这个标准不仅规定了在汽轮发电机生产过程中对转子通风道的检验过程和方法，还规定在汽轮发电机的安装交接中以及运行大修过程中也要进行转子通风道的检验。本文根据此行业检验标准，论述了汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统。利用本文论述的智能检验分析系统，在汽轮发电机转子通风道检查试验中，自动按照试验标准进行数据采集；对试验数据的存储、处理、检验报告生成实现自动化，并且按照检验标准自动判断检验结果是否合格。

1 数据采集分析系统硬件构成

汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统包括供风系统与数据采集分析系统两部分。数据采集分析系统为系统主要部分，由切向光电风速传感器、信号前置仪、笔记本电脑构成一便携式系统。系统硬件构成框图如图1所示。其中切向光电传感器把通风道中的风速转换成电脉冲信号，输入到信号前置仪中；信号前置仪在笔记本电脑中测控分析软件控制下，测量经过整形的脉冲信号的频率，再把测量结果通过USB接口传送到笔记本电脑中；笔记本电脑测控分析软件对试验数据按照试验标准进行自动分析，并生成检验报告。最后的检验报告可以通过标准输出设备输出。

图1 数据采集分析系统框图

1.1 切向风速传感器

汽轮发电机转子通风道检查试验，主要就是测量转子通风道中的风速。目前，测量风速的方法较多，按照原理分类，有毕托管流速测量装置、激光风速测量装置、涡街式传感器、叶轮式传感器、热电式传感器等等。根据汽轮发电机转子通风道检验的实际要求，本文论述的系统采用切向叶轮式光电风速传感器，这种传感器通过叶轮的旋转把风的流速转换为一系列的电脉冲信号。通过在标准风洞中的标定，可以得到风速与脉冲信号频率之间的转换系数，再通过测量风速传感器输出信号的频率，即可计算出风速。切向风速传感器外形如图2所示。

1.2 信号前置仪

信号前置仪为整个智能检验分析系统的主要测量装置，仪器包括信号整形处理单元、CPU中央处理控制单元、总线转换单元及电源转换单元等，其原理框图如图3所示。

数字信号整形单元由滤波电路、放大电路和整形电路组成，它把切向光电风速传感器传来的电脉冲信号进行处理变成标准的脉冲信号，输入到中央处理控制单元；CPU在其软件的控制下测量脉冲信号的频率；中央处理控制单元的485通讯接口通过接口转换模块变换成USB接口，并在通讯软件的控制下可以与笔记本电脑进行信息交换，把测量的试验数据传送到笔记本电脑；笔记本电脑测控分析软件根据预先输入到其中的切向光电风速传感器的转换系数换算成风速值，再按照检验标准要求，对试验数据进行处理，并生成最后的检验报告存贮在电脑的硬盘中；这最后的检验报告可以通过标准输出设备（比如打印机）输出。

2 汽轮发电机转子通风道检验分析系统的软件开发设计

汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统的测控分析软件包括三部分：（1）信号前置仪中的单片机控制应用程序；（2）试验数据采集及试验过程控制程序；（3）试验数据分析及管理程序。其中第（1）项软件是采用美国Keil Software公司的Keil C51开发编制；第（2）项是在美国NI公司的虚拟仪器测试软件开发平台LabWindows/CVI上开发编制的；第（3）项是利用微软公司的Microsoft Office软件开发平台开发编制。软件系统运用ADO技术实现试验测试数据在LabWindows/CVI与Microsoft Office Access数据库之间的动态传输，并通过ActiveX技术将数据库中的数据传递到Microsoft Office Excel电子表格软件中，并进一步用电子表格软件进行试验数据的分析计算。

2.1 ADO数据库访问技术

Mircrosoft开发了一系列基于Windows平台的数据库访问技术，OLE DB是访问数据库技术中的底层接口，对不同数据库提供相同的接口，从而能够访问关系数据库、非关系数据库及其他电子表格，甚至用户自己定义的文件系统，ADO建立在OLE DB之上，是一种高层的数据库访问技术，它基于通用对象模型（COM），化了OLE DB的操作。

图2 切向风速传感器外形图

图3 信号前置仪原理框图

LabWindows/CVI提供了对网络和自动化的支持，使得基于ADO技术开发数据库成为了可能。在CVI中通过ADO实现对数据库的访问其实质就是在CVI开发环境中调用ActiveX自动化服务器而实现的，在系统开发平台上通过ActiveX技术生成数据库驱动，进而可以在软件开发过程中实现数据库的读写等管理功能。

2.2 汽轮发电机转子通风道检验分析软件的功能

本文论述的汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统是基于中华人民共和国机械行业标准《透平发电机转子气体内冷通风道检验方法及限值（JB/T6229-2005）》而开发的。系统的应用测控分析程序在LabWindows/CVI程序开发平台上编制，控制数据采集分析系统完成试验数据采集、存贮、分析以及生成检验报告等。

系统计算机应用测控分析程序首先进入程序主界面之后，用户可根据不同的试验工况，进入相应的试验过程分界面。系统测控分析程序主界面如图4所示。

在系统测控分析程序主界面上，用户可选择进入不同的分界面操作过程，这些过程包括以下主要内容：

（1）传感器系数设置：设置和修改系统中所用切向光电风速传感器的转换系数，保证测量数据的准确。

图4 系统测控分析程序主界面

（2）开始新试验：在此界面中，用户需要输入所进行试验的项目名称；用户还需要选择将要进行的试验内容，以便程序选择与之对应的试验内容标准（如200MW、300MW或600MW电机转子）；试验项目其它基本信息。

（3）继续试验：在此界面中，程序将继续完成以前没有完成的试验过程，并且继续测量没有完成的测量点。

（4）修改数据：在此界面中，用户可以修改已经开始的某试验的基本信息，或者重新测量某个位置的数据，以获得新的试验数据。

（5）试验报告生成：在此界面中，用户可以选择存储在计算机硬盘中的已经完成的试验项目的数据，按照试验标准的要求自动分析试验数据并生成此试验的试验报告。

在“开始新试验”界面完成试验项目信息设定后；或者“继续试验”界面完成继续试验项目选择后，程序进入“数据采集”界面，此界面如图5所示。

图5 试验数据采集界面

界面中间位置的“数据显示”部分显示的是传感器当前位置的数据值；界面左侧为风区数据表，按供风区、出风区、槽号、孔号对风区中数据进行显示，单击表格中的某个位置，该点即被选定为当前测量孔的位置，被选定的位置显示为红色；界面右侧为“测量孔位置”设定区，单击窗口侧面上下箭头可以修改孔号、槽号、供风区、出风区，测量孔位置修改后界面左侧的数据表上的测量孔位置也随之变动。

将切向风速传感器放置于待测位置，“数据显示”区中将显示该位置的风速值，按“存储数据”按钮，该数据被存储。每存储一个数据，测量孔位置自动调整到下一位置，当风区数据表格中最右下角的位置采集结束后，数据表格会显示相邻的下一风区，默认的测量孔位置为第一槽第一孔；当所有试验点都采集完成后，系统将提示“本次试验已完成”。

3 结束语

本文论述的汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统主要针对隐极同步发电机转子气体直冷通风道的检验试验。系统采用高度自动化设计方案，在试验过程中，自动进行试验数据采集、存贮，试验结果由系统自动分析并且生成检验报告，可以克服各种人为因素造成的试验误差。

试验系统在硬件方面采用精密的切向光电风速传感器和先进的信号前置仪，使得试验数据的采集快速准确；在测控软件方面，应用LabWindows/CVI开发平台开发的系统测控软件增强了系统功能，系统在运行过程中具有直观友好的用户界面；在试验数据处理分析方面，由计算机按照试验标准自动进行，使得检验结果的获得快捷、准确、可靠。本文论述的汽轮发电机转子通风道智能检验分析系统，已经应用于汽轮发电机生产和运行检修的检验工作中。

[1] 大电机、水轮机标准汇编-电机卷（下）[M].中国标准出版社,2006.

[2] 刘君华.虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程[M].电子工业出版社,2001.

[3] 郑力新,周凯汀,陈志敏.用ADO技术创建LabWindows/CVI数据库[J].工业控制计算机,2005,(1).