水轮发电机组状态监测分析系统及其在抽水蓄能电厂的实践研究

刘杰

摘 要：水轮发电机组在运行的过程中会出现振动和摆动的现象，这些现象会造成设备的损伤，使设备的运行效率下降。在水轮发电机组的运行过程中，如果没有及时的采取措施对振动和摆动进行处理，有可能会导致事故的发生。文章主要通过对水轮发电机组状态监测系统进行分析，探讨其在某抽水蓄能电厂的实践状况。

关键词：水轮发电机组；状态监测系统；分析系统；振动；摆渡；实践研究；单元作用

中图分类号：TK730.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0063-02

1 概 述

水电机组在水电厂的运行过程中起着关键的作用，其运行状态决定着水电厂的安全状态。随着我国监测技术和设备维修方式的发展和完善，我国水电厂运行中的维修模式发生了很大的变化，从预防性维修逐渐向着预测性维修的方向，从专人值班看守逐渐向着无人值班或者少人值班的方面发展。

在这一发展过程中水利发电机组监测分析系统发挥了重要的作用，它能够及时的发现水轮发电机组在运行的过程中出现的问题。在某抽水蓄能电厂中水轮发电机组状态监测系统主要是水轮机组振动在线监测系统，它具有在机组调试的过程中分析并排除影响系统数据测量的干扰信号等方面的功能，在很大程度上促进了某抽水蓄电厂的发展。

2 水轮发电机振动产生的原因

2.1 机械振动

机械振动主要是由水轮发电机在运行的过程中机械部分的惯性力、摩擦力、它力引起的。这些作用力的产生因素主要表现在4个方面。

①转子的质量不平衡。转子质量不平衡会使水轮发电机在运行的过程中在转子重心和轴心之间会产生一个偏心距。在偏心距的影响下，主轴在旋转的过程中会产生一种离心力，导致主轴弯曲变形。

②机组轴线不正。机组轴线不正会使机组在转动中转轮的几何重心偏离旋转中心，导致轴承出现摆振的现象。

③导承周存在问题。因为导承轴的原因导致机械振动，主要表现在导承轴存在松动、刚性不足、运行不稳、间隙不合理等方面。

④推力轴承镜板的问题。如果推力轴承镜板和主轴不垂直，就会出现推力头松动的现象，从而会导致机械振动。

2.2 水拖振动

水拖振动主要是由水轮机水利部分的动水力压力造成的。这些水轮机部分的动水压力产生的因素表现在4个方面。

①水力不平衡。如果流入转轮的水流出现不平衡，就会出现一种横向力，在横向力的作用下回出现水拖振动。

②尾水管中的水力不稳定。尾水管中的水力直接作用于机组，当尾水管中的水力出现不稳定的时候会引起机组的振动、噪声、出力波动。

③空腔。水轮机在空腔的状态下运行的时候，机顶盖和推力轴承会出现激烈的垂直振动。

④卡门旋涡。卡门旋涡是在一定水头和导叶开度下产生的，会引起叶片的工振。

3 某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统 结构

3.1 监测分析系统结构

某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的主体采用的是北京奥技异电气技术研制的PSTA2003系统平台。这个系统已网络平台、运行中心分析局域网、电厂局域网、广域网作为基础。在通讯协议上选择的是IP/TCP通信协议。系统基础组成部分是上位机系统和下位机系统。上位机的核心软件是Hsmart服务器客户端，下位机的核心软件是PSTMonitor现地监测程序。其具体组成，如图1所示。

3.2 单元作用

某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的单元作用可以从两个方面分析，一个方面是上位机系统，另一个方面是下位机系统。

上位机单元主要包括状态、数据服务器、应用服务器、工程师工作站、网络设备、打印设备等单元。

其中，数据服务器的功能主要是存储下位机采集和处理过的电气信号；WEB/运用服务器的主要功能是负责发布数据服务器中的数据；工程师站的主要作用是监测画面和自动报表编辑程序。

下位机系统主要包括现地单元柜、现地信号采集预处理单元、信号传感器等模块。

其中信号采集和预处理单元的主要功能是保证采集数据的准确和完善；电源模块的作用是将从220 V直流馈电盘和220 V逆变电源盘的电源送到交直流双供逆变单元模块；共享器的功能主要是实现鼠标、键盘、液晶显示屏和各种信号预处理单元的信号链接交换；传感器的功能主要是监测机组轴承和轴心轨迹。

4 机组状态监测点

4.1 摆度（x、y水平）监测点

摆度（x、y水平）监测点主要用于监测发电机组上导、水导、推力轴承的状态。以摆度（x、y水平）监测点的监测结果为依据，监测人员可以测出各轴承的轴心轨迹，从而可以在机组的工作工程中对机组进行分析，找出机组中出现的故障问题和轴承的缺陷。在某抽水蓄能厂水轮发电机组中存在的轴承缺陷主要有轴承间隙过大或者过小、轴承不对中等。在监测分析系统中，工作人员可以通过监测推力轴承，观察轴承的受力情况和镜板的波浪度，从而对轴承的运行状况有一个直观的认识。如图2所示。

4.2 轴向振动监测点

通过监测分析系统对轴向振动进行监测分析。工作人员可以得出机组在运行的过程中因为水力和负荷情况引起的抬机量、镜板的波浪度、油膜厚度等方面的情况。工作人员以监测的结果为依据可以分析出推力轴承的镜板光滑度和负荷分布情况，还可以分析出主轴的轴向位移量。如果机组运行中出现轴承故障，工作人员还可以通过轴向振动监测点及时的分析故障的情况，为解决故障做好准备。

5 某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统的 监测的作用

某抽水蓄能厂水轮发电机组状态监测分析系统对厂中的机组水轮机的部分过流部件、三大轴承、上下机架、定子和主轴的振动和摆渡进行了监测。通过用科学的手段对监测的结果进行分析处理在系统中生成了结构布置、空间轴线、水导状态、法兰摆渡、主轴状态等监测页面。同时通过系统提供的功率谱分析、阶次比分析、波形曲线、空间轴线、轨迹分析、多轨迹分析、数值表分析等分析方法，可以对机组的轴形曲线、振动频率、振动幅度的变化规律和故障的方位有了清晰的认识。为电厂对水轮机的缺陷、故障的分析、判断的预防提供了科学的依据。使电厂在运行的过程中能够及时的优化机组的运行环境，对机组进行科学的检修。避免因为机组的振动和摆度给电厂的运行造成重大的影响。

6 结 语

水轮发电机组状态监测分析系统的运行和实践对某抽水蓄能电厂的运行和发展具有重要的意义，它能够保证机组的振动能够在合理的振动区域进行，还能够对抽水蓄电机组的振动进行科学的分析，使工作人员能够及时发现机组运行过程总的隐患和缺陷，制定科学的方法解决隐患和缺陷。

参考文献：

[1] 朱莹，吴玉林，樊玉林，等.水轮发电机组状态监测分析系统在十三陵抽 水蓄能电厂的应用[J]. 大电机技术，2007（01）：44-48.

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