阀内冷主循环泵在线监测系统的研究

刘辛裔，王 森，王 翔，张建飞

(国家电网有限公司运行分公司郑州管理处，河南 郑州 450000)

0 引 言

换流阀为高压直流输电系统的核心设备,其运行中通过的大电流会导致晶闸管和电抗器等阀组件元件温度上升,而阀水冷系统的作用就是带走换流阀正常运行时所产生的热量,防止阀体温度过高导致元件损坏。因此阀水冷系统的正常工作，是换流阀可靠运行的重要保证。主循环泵为阀内水冷系统提供循环动力，可以说是阀内水冷系统的核心设备。主循环泵故障会直接影响阀内冷系统对换流阀的冷却效果甚至导致直流系统停运。本文对中州换流站以往主循环泵故障事例及机械结构深入分析：主循环泵故障主要为轴封漏水，现阶段的技术只能对轴封漏水进行检测，当漏水检测装置检测到报警时，表明主循环泵漏水已比较严重，运维人员几乎没有时间进行事故隔离。经过多年数据经验分析，本文认为原因是泵组运行过程中同轴度偏差值过大，而主循环泵同轴度偏差最直观的反映为轴承发热和泵组振动值偏大[1-3]。

本文研究出一套阀内冷主循环泵在线监测系统，提前规避因主循环泵故障导致直流系统故障，方案通过实时监测主循环泵轴承运行温度和泵组振动值，将监测数据横向和纵向对比，可以更全面了解主循环泵运行工况是否正常，在主循环泵出现故障前及时发现问题，最大限度的保证阀冷系统的正常运行。

1 硬件设计

主循环泵在线监测装置通过合理布置主循环泵的监测点和传感器型号对主循环泵的振动和温度进行实时监测，监测数据以二进制 4～20 mA 的形式传送至水冷系统控制系统。实时监测的数据和报警信息以软报文形式传送至主控室显示屏，方便工作人员远端查看，如图1所示。

图1 阀冷主循环泵温度和振动监测数据传输结构图

1.1 温度传感器的布置

轴承是主循环泵极为重要的一部分，且轴承的运行状态很大程度上反映了主循环泵的状态，可通过监测轴承的温升来判断主循环泵是否正常运行。因此，主循环泵侧轴承和电机侧的温度监测成为掌握主循环泵运行状况的重要参考依据。根据泵在运行时主要的温升点对泵进行温度监测，本次研究选用温度传感器布置在泵侧轴承和电机侧轴承的表面温度进行实时监测，泵侧轴承和电机侧轴承温度监测点如图2所示。

图2 温度传感器安装监测点

1.2 振动传感器的布置

每台主循环泵共安装有4个振动传感器，分别用于监测泵侧水平振动、电机侧水平振动、泵侧竖直振动、电机侧竖直振动，安装监测点如图3、图4所示。

图3 竖直振动传感器安装监测点

图4 水平振动传感器安装监测点

1.3 传感器参数

主循环泵轴承箱运行时温度不会超过 120℃，为确保测量精度，温度传感器选用热电阻传感器，该类型传感器的主要技术参数如表1所示。温度变送器采用先进的电路模块集成技术组成变送器，可与不同的温度传感器连接，用以实现对环境温度和介质的测量，输出标准的4～20 mA电流信号。该变送器采用专有线路，线性好，负载能力强，抗干扰能力强。

表1 温度传感器参数

表2 振动传感器参数

2 软件设计

系统控制流程图如图5。

图5 系统控制流程图

系统的软件设计包括计算机的初始化，温度传感器采集设计，显示器循环显示轴承、电机的实时温度和振动数据，温度、振动数据的分析及存储设计，局域网数据共享和远程监测，通过主程序将各个子程序模块串接起来成为一个能够对轴承、电机温度及振动频率实现监测、分析并显示的一个整体。

软件采用定时中断的工作方式，每隔2 ms对各个传输到CPU的测量值进行轮流采样，通过数字滤波技术消除干扰，进行数据处理，计算出相应的轴承和电机的温度及振动频率，根据轴承、电机的实时温度与振动频率对照国家标准判断是否发出警报。

运行中的主循环泵振动及主循环泵轴承温度实时显示在OWS后台，运行监盘人员可以方便地查看主循环泵的运行参数，通过数据的横向对比，判断某台主循环泵是否运行良好；运行人员也可以通过查看某台主循环泵的历史数据，判断该台主循环泵运行趋势；当主循环泵运行参数超过系统设定值时，OWS后台发相应的报警信息，提醒运维人员对故障进行处理。

3 结 论

本装置根据换流阀主循环泵轴承温度及泵组振动值变化为研究的基础，开发了换流站阀冷系统主循环泵轴承温度及泵组振动监测装置，实现了对主循环泵轴承及泵组的实时远端监控，减少了工人去现场检测的频率，延缓了轴承温度过高及泵组振动过频引起的损害，提高了换流站阀冷系统的稳定性。