斜式泵机组运行状态在线监测系统的实现

李杰

上海禾峰环境工程有限公司 200223

正文：

1、引言

目前，水泵机组运行状态在线监测系统的相关技术得到迅速发展，该技术的发展前提基于两个方面：1、水利泵站的计算机监控系统得到普遍的发展，水利项目的自动化程度日益提高；2、以MIS系统为主导的设备管理系统也得到大量的运用，设备管理系统的最终目的是过程中完成设备的维护保养，延长设备使用寿命。为加强对水泵机组运行状态的健康状况监测，掌握设备运行状态变化趋势，及时有效地进行预防性维护，通过机泵设备健康状况监测评估系统实现在线监测。通过建立机泵的在线健康状况监测与分析评价系统，实时监控斜式泵机组设备振动、摆度、压力脉动、压力、温度等参量状态，及时准确的通过报警，防止机泵设备事故的发生，同时采用先进的多信息融合技术，最大程度的评估机泵运行状态、延长设备使用时间、提前发出预警报告，从而实现预知维修，并通过智能诊断，精确诊断故障源，实现精密维修，缩短维修用时，为检测维修合理化提供及时准确的数据基础，从而有效的保证水泵设备长周期稳定运行，稳定生产。

2、概况

系统结构

机组运行状态在线监测系统采取分层分布的网络结构，应包含现地和上位机两个层次。 泵站的机组电动机层为现地层，上位机层在中控室。现地层和上位机层之间采用光缆——以太网信息传递和交流。

系统结构图如下：

3、系统功能模块

在线监测系统主要是由实时监测功能来实现的，实时监测功能是机组稳定性监测的直接体现：通过实时监测机组在实际运行过程中各轴承及外壳的振动和泵轴的摆度、各过流部件的水压及脉动情况。通过这些量的分析得到机组稳定性的各种性能参数。根据各稳定性参数，如：主要频率成分、幅值特征以及相位特征等，寻找机组主要存在哪些激振力以及产生激振力的原因，为机组运行和故障诊断提供依据。

3.1 振摆监测系统

振摆监测子系统负责对泵轴摆度、叶轮外壳振动、水泵导轴承振动、水泵组合轴承振动、齿轮箱高速和低速轴承、电机自由端驱动端轴承的振动进行监测和显示。

3.2 水力量测监测系统

水力量测监测子系统负责对压力脉动、压力、压差等测点进行监测，如对叶轮进口压力脉动、叶轮出口、导叶进口压力脉动，导叶出口压力脉动以及叶轮前导叶后差压等进行监测。

对压力脉动测点，还可以直接看到当前的压力时域波形图和频谱图。

3.3 运行工况系统

运行工况子系统负责监测整个机组的运行工况，如扬程、功率、叶片角度、进水池水位、出水池水位，监测水力条件，如叶轮进口、叶轮出口、导叶体出口的压力脉动峰峰值，监测设备运行温度，如定子三相温度、电机自由端驱动端轴承温度、齿轮箱高低速轴承温度等，也监测电机、齿轮箱、水泵的振摆和振动，通过监测能对整个机组的运行工况有一个全貌的了解，是一个全方位的监测。

3.4 状态监测系统自检

状态监测系统自身的自检监测，包括传感器的状态的实时监测，当状态监测系统自身或传感器出故障时，用户能及时获知相关信息采取相应措施处理。

4、系统功能特点

4.1 对压力和压力脉动的分析方法

振动是物体运动的一种常见现象。引起水泵装置振动的因素有多种，水力因素是其中一个主要因素。

有关文献均表明：水流通过叶轮流动获得能量，同时旋转的叶片使水流产生与转频他有关的压力脉动，在叶轮出口、导叶进口处存的动静干涉也引起压力脉动。这些压力脉动对水泵部件及其流道均会产生不利影响，在水泵设备部件的固有频率与水压脉动频率相近时，就会产生谐振。这是对水泵设备和部件的有害的破坏。

机组运行状态在线监测系统，设有专门的水力量测监测子系统。既可以实施进行信息监测，对获得数据进行显示、分析，与设备的振动监测数据采用多维图形（曲线）的对比分析。可以明显获得其频率的关联性、幅值的关联性的重要信息，可以判断是否数值超标、是否具有谐振性质。由于这些情况与水泵的运转速度、运行扬程和流量均有一定的关系，所以结合水泵的运行工况，可以判断水泵在该运行工况是否稳定，在运行一段时间后，可以在水泵的综合特性曲线上绘制运行稳定、过渡、不稳定的区域，为太浦河泵站的调度、运行提供具有科学依据。

系统分析图如下：

4.2 设备健康状态分析

机组状态在线监测系统支持与泵站自控系统的有关运行工况信息的双向交流，从而综合各种因素进行泵站设备运行稳定性分析，得出设备的“健康”状态，统计故障发生情况或者振摆超标情况，形成报表和结论。

5、结语

目前，国内大中型水电站对水电机组的设备实施了全面或部分的在线监测，而水利行业里水泵设备运行状态在线监测系统还不是特别广泛深入，因此该类监测系统的可靠性、准确性、实用性还需进一步提高。由于水利泵站存在各类不同流道、泵型，而且受到传感器技术、监测仪表精度等限制，一些低频振动、空化空蚀等在线监测等技术效果不佳或无法实现，因此有些故障的诊断还是无法通过仪表系统、在线系统实现。因此在线系统的还存在很大的挖掘潜力和发展空间。