機(jī)組在線監(jiān)測(cè)TN8000系統(tǒng)在樂昌峽電廠的應(yīng)用

前言

樂昌峽電廠廠房屬于地下引水式發(fā)電廠房，安裝3臺(tái)單機(jī)容量44MW的豎軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1#機(jī)組2013年1月投產(chǎn)，2#、3#機(jī)組分別于2013年6月投產(chǎn)。水輪發(fā)電機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司研發(fā)的TN8000機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在機(jī)組投運(yùn)兩年的時(shí)間里，通過對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、空氣間隙、磁場(chǎng)強(qiáng)度等物理量的在線監(jiān)測(cè)，記錄機(jī)組在不同水頭和負(fù)荷下各種運(yùn)行工況的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)TN8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析故障診斷系統(tǒng)，提供專業(yè)的診斷圖譜，自動(dòng)生成機(jī)組狀態(tài)分析報(bào)告，結(jié)合電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，讓運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，對(duì)故障原因、嚴(yán)重程度、及發(fā)展趨勢(shì)做出判斷，為機(jī)組試驗(yàn)及狀態(tài)檢修提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和決策參考，同時(shí)也可減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行，有利于保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)布置

1.1TN8000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。樂昌峽電廠機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按層次劃分為上位機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)地層兩級(jí)，由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、服務(wù)器及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件等組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖1。

1.2測(cè)點(diǎn)布置。機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置情況：振動(dòng)擺度壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)21個(gè)，發(fā)電機(jī)空氣間隙測(cè)點(diǎn)4個(gè)，工況信號(hào)7個(gè)，各測(cè)點(diǎn)布置見圖2。

2、系統(tǒng)功能

2.1振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)分析。TN8000系統(tǒng)可對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和穩(wěn)態(tài)及過渡過程數(shù)據(jù)分析。（1）通過對(duì)機(jī)組的振動(dòng)、擺度以及相關(guān)的過程量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，也可根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特征設(shè)定預(yù)警值，越限即時(shí)報(bào)警。（2）采用各種手段，分析機(jī)組的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)及在機(jī)組啟停機(jī)、甩負(fù)荷、變勵(lì)磁、變負(fù)荷等過渡過程中的變化情況。通過時(shí)域波形、頻域分析、軸心軌跡圖、多軸心軌跡圖、空間軸線圖、振動(dòng)棒圖等，分析監(jiān)測(cè)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)及過渡過程的變化。

2.2壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)分析。TN8000系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過流部件的壓力脈動(dòng)，實(shí)時(shí)顯示壓力脈動(dòng)的波形和頻譜；分析壓力脈動(dòng)的頻率成份以及壓力脈動(dòng)隨工況的變化情況；分析各點(diǎn)壓力脈動(dòng)及其頻域特性與導(dǎo)葉開度的關(guān)系。

2.3發(fā)電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)分析。TN8000數(shù)據(jù)采集箱通過對(duì)安裝在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)壁的4個(gè)空氣間隙傳感器信號(hào)的采集處理，形成各種圖譜，監(jiān)控各磁極氣隙變化趨勢(shì)，分析判斷異常情況或故障。（1）通過氣隙圖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣隙及其發(fā)生的準(zhǔn)確角度和磁極號(hào)、轉(zhuǎn)子和定子不圓度等，評(píng)價(jià)發(fā)電機(jī)的制造、安裝和維修質(zhì)量；（2）通過趨勢(shì)圖、連續(xù)波形圖、氣隙-工況相互關(guān)系曲線等，分析開機(jī)過程、甩負(fù)荷、停機(jī)過程等工況下各參量及其所反映的發(fā)電機(jī)定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的變化過程，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和定子熱變形；（3）通過相同工況下的磁極形貌圖比較監(jiān)測(cè)運(yùn)行中氣隙監(jiān)測(cè)參數(shù)及磁極形貌變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極伸長(zhǎng)現(xiàn)象。（4）通過分析氣隙不均勻性規(guī)律，可輔助分析部分機(jī)組振動(dòng)的異常原因。此外，TN8000系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)管理和事故追憶、機(jī)組性能試驗(yàn)及計(jì)算、數(shù)據(jù)通訊等功能。

3、應(yīng)用情況

3.1為機(jī)組試驗(yàn)提供技術(shù)參考。3.1.1為機(jī)組過速試驗(yàn)檢測(cè)安裝質(zhì)量性能提供參考。機(jī)組過速試驗(yàn)時(shí)TN8000系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與安裝單位架百分表測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)比，數(shù)據(jù)基本一致，機(jī)組振擺各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

3.1.2為機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)提供參考數(shù)據(jù)和精確的技術(shù)分析依據(jù)。樂昌峽電廠機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)由廣東電力科學(xué)研究院主導(dǎo)完成，試驗(yàn)設(shè)備采用德國(guó)申克公司生產(chǎn)的VibroTest60便攜式動(dòng)平衡測(cè)振儀及華科同安TN8000在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)組空轉(zhuǎn)及空載工況下進(jìn)行了測(cè)試，通過測(cè)試數(shù)據(jù)及振動(dòng)擺度時(shí)域波形圖、頻譜分析圖進(jìn)行分析，經(jīng)兩次計(jì)算、配重后，動(dòng)平衡取得了非常理想的效果。配重前機(jī)組額定轉(zhuǎn)速及空載工況下TN8000系統(tǒng)測(cè)得振動(dòng)擺度時(shí)域波形圖及頻譜分析見圖3。

3.1.3為機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)及振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)試驗(yàn)提供可靠信號(hào)數(shù)據(jù)。在機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)及振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)試驗(yàn)中TN8000系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測(cè)得機(jī)組在不同的運(yùn)行工況下導(dǎo)葉開度、轉(zhuǎn)速、流量、水頭以及有關(guān)參數(shù)都在隨時(shí)間變化時(shí)，所引起機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力及壓力脈動(dòng)、壓力上升率、轉(zhuǎn)速上升率以及尾水管真空度瞬時(shí)變化情況，為機(jī)組的試驗(yàn)和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的信號(hào)數(shù)據(jù)。3#機(jī)組甩100%負(fù)荷過程中的時(shí)域波形及峰值變化趨勢(shì)見圖4，1#機(jī)組43.9m毛水頭下振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)試驗(yàn)有功24MW時(shí)振擺頻譜分析見圖5。

3.2為機(jī)組運(yùn)行及維修提供技術(shù)指導(dǎo)

a）按照GB/T7894-2009《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》、DL/T507-2002《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》、GB/T8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中的要求，樂昌峽水電站機(jī)組各部位的振動(dòng)值在各種穩(wěn)定運(yùn)行工況下不應(yīng)大于90μm（雙幅值）、擺度值不應(yīng)大于255μm（雙幅值）。TN8000系統(tǒng)按廠家經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定了各部位的振動(dòng)、擺度報(bào)警值，振動(dòng)一級(jí)報(bào)警值為110μm、二級(jí)報(bào)警值為200μm，擺度一級(jí)報(bào)警值為300μm、二級(jí)報(bào)警值為500μm。2013年8月1#機(jī)運(yùn)行時(shí)水導(dǎo)-Y向擺度測(cè)得數(shù)值為320～360μm，裝置長(zhǎng)時(shí)間報(bào)一級(jí)報(bào)警，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析，水導(dǎo)擺度是在機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后擺度值由120μm左右逐漸增大的，下支架和頂蓋振動(dòng)值也有不同程度增大，期間機(jī)組運(yùn)行工況基本一致（轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁、負(fù)荷及水頭沒有發(fā)生變化），初步分析水機(jī)主軸可能存在彎曲，水導(dǎo)瓦間隙偏大造成。2013年12月1#機(jī)組年度檢修，對(duì)機(jī)組軸系進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)主軸法蘭聯(lián)軸螺栓個(gè)別有松動(dòng)，水導(dǎo)擺度實(shí)測(cè)值最大為380μm（超出允許值）。通過對(duì)主軸連接調(diào)整，聯(lián)軸螺栓按廠家要求預(yù)緊拉抻值，進(jìn)行主軸找中心、盤車、軸瓦間隙調(diào)整（調(diào)整后水導(dǎo)最大擺度值為180μm，水導(dǎo)軸瓦最大雙邊總間隙340μm）。機(jī)組檢修后各部件振擺數(shù)據(jù)明顯改善，水導(dǎo)-Y向擺度降至78μm。b）樂昌峽機(jī)組汛期基本在毛水頭45m附近運(yùn)行，而非汛期則在50m附近運(yùn)行，河道上游來(lái)水量較為不穩(wěn)定，需經(jīng)常調(diào)節(jié)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行工況經(jīng)常改變。電廠投運(yùn)初期，由于對(duì)機(jī)組的運(yùn)行性能還不了解，防汛調(diào)度每天按河道上游來(lái)水量下達(dá)發(fā)電負(fù)荷曲線，機(jī)組經(jīng)常處于振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，TN8000在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得振擺數(shù)據(jù)較大，并常報(bào)一級(jí)報(bào)警，偶爾有二級(jí)報(bào)警，運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)荷，減少機(jī)組振動(dòng)。通過TN8000系統(tǒng)一年來(lái)記錄的工況變化及振擺數(shù)據(jù)分析，已初步掌握機(jī)組在常態(tài)兩種水頭工況下運(yùn)行的負(fù)荷穩(wěn)定區(qū)，TN8000在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的信號(hào)數(shù)據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。目前機(jī)組已完成43.9m毛水頭（低水頭）下振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)與TN8000系統(tǒng)記錄基本一致。

4、結(jié)語(yǔ)

TN8000機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入使用至今，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在的隱患和缺陷，為機(jī)組運(yùn)行提供了可靠的分析與診斷，提高了水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性和安全性。該系統(tǒng)應(yīng)用在樂昌峽電廠，是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班（少人值守）”管理模式的基礎(chǔ)，值得推廣給同類電廠。

（作者單位：廣東省樂昌峽水利樞紐水力發(fā)電中心）

作者簡(jiǎn)介

林遠(yuǎn)航，男，廣東陽(yáng)江人，工程師，主要從事水電站機(jī)電設(shè)備安裝與技術(shù)管理工作。