大型水轮机顶盖振动传感器安装位置对比分析

彭 兵，李友平，曹长冲，尹永珍，司汉松

（中国长江电力股份有限公司技术研究中心，湖北 宜昌 443002）

水轮机及水泵

大型水轮机顶盖振动传感器安装位置对比分析

彭 兵，李友平，曹长冲，尹永珍，司汉松

（中国长江电力股份有限公司技术研究中心，湖北 宜昌 443002）

本文通过对大型水轮机顶盖振动数据分析，研究传感器安装位置因素对数据采集可靠性的影响。对比分析不同安装位置振动传感器采集的数据后，发现靠近顶盖几何形心的内部和远离振动源的顶盖上部位置的传感器采集数据能够真实反映顶盖振动情况。

水轮机；顶盖；振动传感器；安装位置

0 前言

大型水轮机转轮直径较大，其顶盖具有较特殊的结构[1]。虽然制造厂商采取了多种措施增加顶盖的刚度，但是由于直径较大，顶盖整体形状呈薄圆盘状，距离几何形心不同位置处的测点形变量不一样[2,3]。因此，在不同位置测量到的振动情况也不一样。什么位置的振动测量数据最能够真实反映水轮机顶盖振动情况？这对水轮机稳定运行具有重大影响。所以，有必要研究一下传感器安装位置对顶盖振动测量的影响。

1 监测分析实例1

1.1 机组及顶盖振动测点基本情况

在金沙江下游某水电站某台机组顶盖上安装了三个水平振动传感器，对其采集的数据进行对比分析。传感器安装在顶盖的+Y方向，如图1所示，传感器位置分别是：内部上、内部下和远端。

表1 实例1机组及顶盖振动测点主要参数

1.2 测试情况及分析

根据实例1机组的数据分析，内部上振动传感器所采数据的一致性较好。

内部上振动传感器所采数据随负荷的变化情况是：在200～300MW出现振动最大值，最大值83～300um；在400～500MW出现第二峰值，但峰值小于90um，之后随负荷增加逐渐下降。该位置水平和垂直测点比较，变化趋势一致。

内部下振动传感器所采数据随负荷的变化情况是：在200～300MW出现第一次峰值，最大值120～330um；在400～500MW出现第二次峰值，最大值140～175um；水头93.07～106.35m范围内，400～500MW负荷范围内出现振动最大值，均超过150um；该位置水平和垂直测点比较，变化趋势不一致。综合以上情况，该位置传感器不在正常工作状态，数据可信度较差。

图1 实例1顶盖振动传感器安装位置图

远端振动传感器所采数据随负荷的变化情况是：水平方向测点数据趋势明显，在200～300MW负荷范围内出现振动最大值，最大值在200～900um；在400～500MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于140um，之后随负荷增加逐渐下降。垂直方向测点数据变化杂乱，说明传感器已失效。综合以上情况，该位置传感器不在正常工作状态，数据可信度较差。

综合上述情况，小结如下：

（1）对不同位置的振动数据比较，内部上振动传感器所采数据趋势性强，内部下振动传感器所采数据趋势性次之，远端振动传感器所采数据趋势性最弱。

（2）对不同位置的振动数据比较，内部上位置处振动较小，内部下位置处振动较大，远端位置处振动最大。

（3）对相同位置的振动数据比较，垂直方向振动大于水平方向振动。内部上振动传感器所采数据垂直振动最大值达350um，而水平振动最大值300um。内部下和远端垂直方向振动由于振动幅值大，传感器已失效。

图2 实例1顶盖振动幅值随有功变化趋势图

2 监测分析实例2

2.1 机组基本情况

在金沙江下游另一水电站某台机组顶盖上安装了8个振动传感器，对其采集的数据进行对比分析。传感器分为两组，分别安装在顶盖的+X方向和+Y方向。两组传感器安装位置类似，如图3所示，传感器位置分别是：外部水平、外部垂直、内部水平和内部垂直。

表2 实例2机组及顶盖振动测点主要参数

图3 实例2振动传感器安装位置图

2.2 测试情况及分析

根据实例2机组的数据分析，顶盖内部振动测点数据的一致性较好。

顶盖+X方向内部振动测点数据随负荷的变化情况是：在100～200MW出现振动最大值，最大值19～48um；在400～500MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于15um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。该位置水平和垂直测点比较，变化趋势一致。垂直方向振动大于水平方向振动，顶盖内部振动测点数据垂直振动最大值达103um。

顶盖+X方向外部振动测点数据随负荷的变化情况是：水平方向测点数据趋势明显，在50～200MW负荷范围内出现振动最大值，最大值在100～250um；在300～400MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于100um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。垂直方向测点数据在200～300MW负荷范围内出现振动最大值，最大值在150～550um；在300～400MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于150um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。该位置水平和垂直测点比较，变化趋势一致。垂直方向振动大于水平方向振动，顶盖内部振动测点数据垂直振动最大值达550um。

顶盖+Y方向内部振动测点数据随负荷的变化情况是：在100～200MW出现振动最大值，最大值33～73um；在300～500MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于10um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。该位置水平和垂直测点比较，变化趋势一致。垂直方向振动大于水平方向振动，顶盖内部振动测点数据垂直振动最大值达174um。

顶盖+Y方向外部振动测点数据随负荷的变化情况是：在50～300MW负荷范围内出现振动最大值，最大值在182～2208um；在400～500MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于120um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。垂直方向测点数据在50～200MW负荷范围内出现振动最大值，最大值在126～188um；在300～400MW负荷范围内出现第二峰值，峰值小于45um；之后随负荷增加逐渐下降；负荷超过700MW后，振动有增大趋势。该位置水平和垂直测点传感器在部分负荷工况存在失效的情况。

综合上述情况，小结如下：

（1）对不同位置的振动数据比较，顶盖内部振动测点数据的一致性较好。

（2）对不同位置的振动数据比较，内部振动较小，外部振动较大。

（3）对相同位置的振动数据比较，垂直方向振动大于水平方向振动。

图4 实例2顶盖振动幅值随有功变化趋势图

3 结论

大型水轮机顶盖直径大，不同位置的形变情况不一。在不同位置安装的振动传感器采集的数据情况有差别。通过对水轮机顶盖振动实例的分析，对比同一水轮机顶盖不同安装位置振动传感器所采集数据情况，得出以下结论：

（1）对不同位置的振动数据比较，顶盖内部振动测点距离顶盖轴线半径小，数据的一致性较好。

（2）对不同位置的振动数据比较，距离顶盖轴线半径小的内部测点处振动较小，传感器不容易受到冲击的影响；而距离顶盖轴线半径大的外部测点振动较大，传感器受冲击的影响，容易失效。

（3）对顶盖振动监测相同位置数据比较，垂直方向振动大于水平方向振动。

[1]朱丽辉, 武赛波. 小湾水电站顶盖取水试验研究[J]. 大电机技术，2013(2)：63-66.

[2] 李德忠，冯正翔，丁仁山, 等. 二滩水电厂各机组运行稳定性综合分析[J]. 水电能源科学，2007(4):79-84.

[3]文习波，王浩，车军等. 官地水电站机组运行稳定性研究[J]. 水电与新能源，2014(7):26-30.

AnAnalysis of Data From Vibration Sensors on Different Installation Positions of A Large Turbine’s Head Cover

PENG Bing, LI Youping, CAO Changchong, YIN Yongzhen, SI Hansong
(Technology & Research Center, China Yangtze Power Company ltd., Yichang 443002, China)

The effect of sensor installation position to the reliability of data sampling on vibration of a large turbine’s head cover is researched in this paper. Analysis on data from vibration sensors at different installation positions show that data from vibration sensors located near geometric centroid of head cover and far away from the vibration source can truely reflect the vibration on the head cover.

turbine; head cover; vibration sensor; installation position

TV741

A

1000-3983(2016)02-0033-04

2015-05-11

彭兵（1978-），2008年毕业于华中科技大学，现从事发电设备状态检修方面的工作，博士，高级工程师。

审稿人：赵英男

流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学)开放课题资助：大型水轮发电机组振动测量基础性问题研究(szjj2014-047)