长湖水电厂振动摆度监测系统运维分析

长湖水电厂振动摆度监测系统运维分析

李伟健

广东粤电长湖发电有限责任公司，广东 英德 513021

摘要：长湖水电厂1、2号机组为轴流转浆式水轮发电机组，振动摆度监测系统使用的是北京华科同安监控技术有限公司的TN8000系统，现地传感器的信号接入TN8001数据采集箱，再通过可视化界面展示机组各个部分的振动、摆度情况。本文说明了长湖水电厂1、2号机组振动摆度监测系统的主要功能、系统的组成、设备的运行情况、常见的故障问题处理以及日常维护方法，为机组稳定运行提出一些建议以及参考。

关键词：长湖水电厂、振动摆度监测系统、TN8000、传感器

1 前言

对于水轮发电机组来说，采集、监视机组的振动、摆度情况十分重要，振动摆度参数是判断机组是否稳定运行的重要依据；通过设置合适的监测点、采集准确的数据，为运行人员提供可视化的参数，保障机组的稳定运行。

2 长湖水电厂振动摆度监测系统的组成

长湖水电厂振动摆度监测系统主要包括现地测量传感器、下位机现地数据采集站、上位机状态数据服务器三部分组成。在线监测系统软件使用的是华科同安TN8000STA，上位机实时数据库软件使用的是华科同安TN8000REAL。

现地测量传感器主要包括电涡流传感器、低频振动传感器、感应式位移开关、压力脉动传感器等。振动摆度测量的位置选择是获取合理数据的重要环节。长湖1、2号水轮机组为轴流转浆式水轮机，选定了在上导轴承、水导轴承这两处设置X、Y向的电涡流传感器测量机组摆度情况，在上支架、定子支架、下支架、顶盖这四处设置水平向、垂直向的低频速度传感器测量机组振动情况，此外在碳刷室内还设置了轴向位移传感器测量抬机量，使用感应式位移开关产生键相信号进而测量机组转速，在蜗壳、尾水进水管处设置压力脉动传感器测量水力脉动情况。通过上面的测量点选择，可以提供足够有效的机组摆度、振动数据。

下位机现地数据采集站主要包括交直流逆变电源箱、传感器电源箱、数据采集箱、显示器、操作键盘等设备。交直流逆变电源箱可以接入交流、直流两路电源，任意一路电源消失都可以保持对数据采集箱、传感器电源箱供电。传感器电源箱主要提供+12V、-12V的振动传感器电源和+24V、-24V的摆度传感器电源和脉动传感器电源。数据采集箱型号为华科同安TN8001，主要用于数据采集和分析。上位机状态数据服务器主要包括戴尔R220服务器、工业交换机SF1008V。上位机接收1、2机组数据采集站传送上来的数据。可以在上位机实现数据监视、分析等大部分功能。同时我们也把下位机的振动、摆度数据传到厂站的计算机监控系统，可以进一步加强对机组振动、摆度的状态监视。

系统的连接方式为：现地测量传感器将信号传到数据采集箱，数据采集箱通过系统板网络接口转光纤信号，上送至上位机状态数据服务器。

3 长湖水电厂振动摆度监测系统的设备运行情况

电涡流传感器的运用情况。电涡流传感器的基本原理是电涡流原理，可以测量被测体表面相对于传感器头部的位移变化。长湖使用的电涡流传感器型号为华科同安的TES-102和德国申克IN-081。TES-102有传感器和前置器两部分构成，前置器用来产生高频的电流信号，高频信号传送到传感器头部的线圈进而产生磁场，如果磁场附近有导体靠近，导体就会产生反向的磁场，进而改变传感器高频电流的幅度和相位，进而改变传感器头部线圈有限阻抗，通过阻抗的变化进而换算出相对位置的变化。华科同安的TES-102的传感器部分和前置器部分可以分离，方便的拆装，便于日常校验。长湖上导轴承摆度的测量位置与油有部分接触且安装空间有限，故采用德国申科IN-081；这种电涡流传感器为一体化设计，传感器和连接线一体，没有前置器，而且连接导线比较细，很适合安装在长湖上导油槽的测点位置上，且稳定性高、响应速度快，但是价格相对较高，不便于拆装。

低频速度传感器的运用情况。低频速度传感器传感器的基本原理是磁电式原理。低频振动是水轮机组的一种固有的特性，这要求测量振动的传感器具有较好的低频特性。长湖水电站使用的低频速度传感器型号为TVS-201，型号有垂直安装和水平安装的区别，需要配合安装底座使用。一般需要将安装底座焊接在被测体的表面，然后将传感器用螺丝稳定固定在底座上。当被测体振动时，传感器外壳和内部元件会产生相对运行，内部的线圈切割磁感线从而产生正比于振动速度的的感应电动势，通过对感应电动势换算可得出测量位移或加速度。TVS-201传感器的连接线可以从传感器顶端解开，这方便运维更换和送检。还有一种一体化设计的低频速度传感器需要连同连接线一同拆除，这就需要拆解接线箱的接线端子，不便于运维。

键相传感器的运用情况。长湖用的键相传感器为感应式位移开关，型号为德国巴鲁夫BES-M08，需搭配键相片使用。键相片是一片方形小铁片。结合长湖机组的结构，将键相片贴在水车室内大轴，靠近水导油槽盖上部的位置，键相传感器与键相片保持在3毫米左右的距离方可正常工作，大轴转动带动键相片转动，键相传感器产生开关信号，进而换算出机组的转速。

数据采集箱的运行情况。长湖1、2号机组各用一台数据采集箱TN8001，通过显示切换装置CS-9134共享同一套显示器和键鼠。数据采集箱主要用于采集接入传感器信号，通过传感器的信号变化换算出实际距离的变化，再通过连接显示屏展示数据。装置采用模块化设计，主要由系统模块、采集模块等组成。其中采集模块有摆度、振动、压力、键相等模块，这些模块用于采集对应传感器的信号，此外还有继电器模块用于输出报警、保护等动作信号，系统板模块协调各个模块的工作并提供串口、以太网等通讯接口，存储模块用于存储操作系统、软件、传感器信息等数据。

4 长湖水电厂振动摆度监测系统的常见故障处理

下位机传感器数值显示异常。当传感器出现明显不正确的数据时，比如过大、过小甚至无数值。首先可以直接观察采集箱对应传感器模块的通道等显示是否正常，同时打开采集箱操作运行界面的通道设置界面，查看摆度传感器的间隙电压、工作电压是否正常，必要时使用万用表测量对应通道的实际电压。可尝试通过更换异常传感器至正常的通道并进行配置，若更换后扔不正常，考虑为传感器故障，需及时更换；若更换后通道后正常，则考虑单一通道损坏，可尝试更换为备用通道，并及时更换对应的传感器模块。

下位机数据采集箱转速显示异常。一般除了传感器异常的原因外，还有可能是键相片位置发生偏移，导致键相传感器无法正确产生信号。需要检查传感器安装点，检查键相片，必要时需要拆除键相片进行清理和重新粘贴。

数据采集箱断电重启后无法正常进入系统。若多次重启后仍无法正常进入系统，考虑为数据采集箱的存储板模块损坏，可采用重置存储板模块的方法恢复为最初的系统，若重置后仍无法进入系统，考虑更换存储模块。

上位机状态数据服务器无数据。考虑数据服务器为与下位机现地数据采集站离线，可尝试使用上位机网络地址测试指令检查网路是否正常，若检查为离线，可检查工业交换机、光纤、光电转换器等设备是否正常，若光纤断线，需及时更换备用芯。

5 长湖水电厂振动摆度监测系统的日常维护

日常维护需定期检查下位机现地数据采集站盘柜内接线端子紧固情况；定期通过下位机软件检查各个传感器的工作状态，比如工作电压、间隙电压的情况；定期对盘柜内灰尘清扫；定期检查盘柜内光电转换器的运行指示灯；定期检查紧固传感器安装螺栓并固定；定期检查传感器探头间隙电压及调整；定期登录上、上位机系统，检查历史保存记录是否正常。

6 长湖水电厂振动摆度监测系统运维的其他建议

结合长湖水电厂1、2号机振动摆度监测系统的日常运行情况，常见异常问题主要集中在现地测量传感器及数据采集箱。为保障振动摆度监测系统良好、不间断地运行，作出以下几方面的建议：

第一，设置、安装测量传感器位置的时候，为减少运维时间、人力成本，建议设置点的传感器要便于安装、拆卸送检，

第二，建议定期对摆度传感器、振动传感器等重要传感器定期送至专业测量机构进行校验。

第三，结合机组振动摆度传感器使用数量情况，保障好摆度传感器、振动传感器的备品量。

第四，TN8001数据采集箱中摆度模块、振动模块、存储模块，建议保障各模块至少1个备品。

7 总结语

为了保证振动摆度监测系统的安全稳定运行，必须加强日常的运维工作，通过分析日常出现的故障情况不断完善防范措施，进而保障对水轮机组振动、摆度等情况的监测，保障机组稳定运行。

参考文献

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[2]夏敏静.TN8000水电机组状态监测分析故障诊断系统[J],自动化与仪器仪表. 2012,(03).