汉江兴隆水利枢纽电站在线状态监测系统应用研究

王方圆

(湖北省南水北调汉江兴隆水利枢纽电站，湖北 武汉 430000)

汉江兴隆水利枢纽电站在线状态监测系统应用研究

王方圆

(湖北省南水北调汉江兴隆水利枢纽电站，湖北 武汉 430000)

主要介绍了兴隆电站在线状态监测系统的设计原理、结构及运行过程中各监测点的具体设置，并分析了该系统在机组运行过程中的应用效果，结合我国电力行业的发展趋势，进一步证明该系统在兴隆电站应用的正确性及必要性。

在线状态监测；结构；测点

0 引言

兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3 km，下距河口273.7 km。兴隆水利枢纽作为汉江中下游4项治理工程之一，主要开发任务以灌溉和航运为主，同时兼顾发电。该电站为低水头河床径流式水电站，主要由引水渠、进水口、主厂房、安装场、下游副厂房、尾水渠等水工建筑物组成。电站总装机容量40 MW，单机容量10 MW，采用灯泡贯流式水轮发电机组。本电站4台机组的在线状态监测系统均采用PSTA2100系统软件，可实现对机组各部位运行状态的监测以及对各部位变化趋势的分析，还可对机组运行状态、异常及故障进行分析诊断，对发挥兴隆水电站的效能起到了明显作用。

1 设计原理

利用水轮发电机组在运行中产生振动的三大原因(水力因素、电气因素、机械因素)及其他具体因素，结合现代科学技术中的传感技术、数据采集处理技术、计算机技术、网络技术等，研制出水轮发电机组在线状态监测系统。利用各流道压力及压力脉动传感器测量水力对机组振动的影响，用各部位机架振动、摆度、抬机量传感器测量振动值和机械振动情况，以环境量(工况量)、有功功率、转子电压电流、开关接点配合判断电气参数对振动的影响。利用各种专用分析工具和分析诊断软件，得出相应的量化准确数据，进行分析诊断。

2 系统结构

2.1 系统结构图

系统结构图如图1所示。

图1 系统结构示意图

2.2 基本结构

水轮发电机组在线状态监测系统所包括的各子系统都应采用分层分布式结构，由传感器单元、数据采集(下位机)单元组成，连接于共用的上位机单元。

(1) 传感器单元。传感器单元是指在线状态监测系统所用到的各种传感器及其附属部件，是状态在线监测及分析诊断系统的基础测量部件。如电涡流位移传感器、电容式位移传感器、磁场强度传感器、低频速度传感器、加速度传感器、噪声传感器、变压器油中气体含量传感器、压力脉动传感器、差压变送器以及各种型式的电容耦合器等。

(2) 数据采集单元。数据采集单元是指完成信号采集和处理的装置及其辅助设备，其核心设备是数据采集箱。每台机组的数据采集单元应集中组屏，通常置于发电机旁。数据采集单元应具有现地监测、数据显示存储分析及本子系统调试功能，以实现对本子系统的测量。

(3) 上位机单元。上位机单元是指状态数据服务器、WEB服务器、工程师工作站、网络及网络隔离设备、打印机等。其中工程师工作站置于电站主控室或其办公室内，其余设备置于监控机房(计算机室)。网络传输应采用开放的分层分布式以太网网络结构，并满足工业通用的国际标准规约。

3 测点配置

水轮发电机组在线状态监测系统的测点配置应根据不同类型水轮发电机组的结构特点合理进行，以使监测分析结果准确全面地反映机组状态。以下为贯流式机组测点配置(图2)。

图2 运行状态监测图

(1) 键相测点。每台水轮发电机组的在线状态监测系统应设置一个键相测点，通常在被测机组主轴上设置10～15 mm宽的一个凸键，与相应的非接触式位移传感器组成键相测量。当凸键随主轴转动至传感器位置时，传感器便会产生键相信号。

(2) 摆度测点。分别在组合轴承和水导轴承的径向设置2个测点，即在垂线(+Y)方向安装测量轴的上下方向摆度，在水平(+X)方向安装测量水平方向摆度。

(3) 振动测点。分别在组合轴承和水导轴承处各设置2个径向振动测点，即在垂线(+Y)方向安装测量轴的上下方向振动，在水平(+X)方向安装测量水平方向振动。有条件时可在灯泡体上设置1～2个径向振动测点，也可在转轮室设置振动测点。

(4) 轴向位移测点。应在轴向设置1个轴向位移测点。

(5) 压力和压力脉动测点。应在以下地方设置压力脉动测点：流道进口1个、转轮前后各1个、尾水管进口1个。压力脉动测点应尽可能靠近取压口(管路尽可能短)，且和水力量测用的压力测点分开设置。

(6) 定子铁芯振动测点。需要监测定子铁芯振动时，可安装1～2组发电机定子铁芯振动测点，每组包括1个水平(径向)和1个垂直(轴向)振动测点。定子铁芯振动测点通常布置在定子铁芯的上部齿压板上。

(7) 发电机空气间隙测点。发电机气隙测点的数量和布置应根据水轮发电机的容量、尺寸和定子铁芯高度等参数决定。一般在铁芯上部设置4个(+X，+Y，+Y-X之间两支点的中点，-X-Y之间两支点的中点)，定子内径较大可设置8个(+X，+Y，-X，-Y四象限各一个；两支点的中点各一个)。定子铁芯高度较大时测点可在轴向分2层均匀布置，即下部安装2个(+X，+Y)。

(8) 发电机磁通密度测点。对于需要监测磁通密度的机组，可设置1个磁通密度测点。

(9) 发电机定子绕组振动测点。对于需要监测定子绕组振动的机组，可以设置发电机线棒槽部、端部振动测点。测线棒槽部振动使用特制位移传感器，测线棒端部振动使用抗高压、耐高温的传感器。测点应尽可能减少。

(10) 发电机局部放电测点。对于需要监测发电机局部放电的机组，可根据选用装置型号确定测点。

4 现场应用效果

本系统于2013年11月在兴隆电站1#机组正式投入使用，均采用PSTA2100软件系统，该系统能正确反映机组各部位在运行、异常、故障情况下的振动、摆度情况，实时记录状态信息，实施预警、报警及保护功能，便于运行人员监视、查找、分析。该系统功能强大，界面使用方便，且易于操作，减轻了运行人员的劳动强度，提高了工作效率，为机组稳定运行提供了可靠保证，为兴隆电站带来了明显的安全、经济效益。

[1]GB/T28570—2012 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则[S]

2014-06-30

王方圆(1986—)，女，陕西人，助理工程师，研究方向：水电厂运行。