水轮发电机组远程在线监测系统研究与应用

发布时间：2020-09-17 13:31

　　我国水电开发快速推进,发电集团的下属电站已经增加到一定规模。“竞价上网”的施行,对发电设备的安全、稳定、经济运行提出了更高的要求。将各地水电站的机组运行状态数据传送到集团中心,建立一个统一的数据平台,实现机组的远程监测和故障分析,可以降低服务成本,提高企业的经济效益。远程在线监测系统以水轮发电机组为研究对象,采用了Internet的网络传输技术,实现了数据从现地到集团中心的传输,并且设计了时域分析和频域分析等多种分析图谱,实现了机组状态数据分析和故障诊断。首先,对水轮发电机组远程在线监测系统结构设计进行了阐述。针对水轮发电机组的结构和运行特点,分析了系统的监测要求。结合网络传输技术设计了系统三层结构。数据采集层设在各个电站,主要包括传感器和数据采集装置,将机组的振动信号采集并发送;中心服务层设在集团中心,主要包括数据服务器和应用服务器,负责整个集团的数据存储和发布;系统应用层指网络上的客户端,利用系统应用软件来分析数据,并对机组进行故障诊断。系统采用数据镜像传输技术和双重压缩技术,在电站侧和中心侧分别设立服务器,安装实时数据库,实现远程的大数据传输。其次,对系统信号获取和数据分析做了详细的描述。介绍了数据的采样原理,将连续的模拟信号转化为离散的数字信号,并重点介绍了傅立叶变换的原理,将波形信号转化为频谱信号。设计了时域分析和频域分析中的各种分析功能,主要包括波形分析、频谱分析、轴心轨迹分析、关联分析等等。结合水轮发电机组的振动标准,制定了系统振动摆度的一级报警策略和二级报警策略。再次,对水轮发电机组的转子质量不平衡故障进行了研究,简单叙述了不平衡的原理,以及如何运用影响系数法实现转子动平衡配平。结合工程案例,运用系统的主监视图功能、数据表格功能、频谱分析功能、关联趋势分析功能,诊断机组的转子质量不平衡故障,并利用机组的峰峰值、1X频幅值和相位来计算动平衡试验中试重块的质量和动平衡影响系数,并对配平前后的数据进行对比。最后,对水轮发电机组的常见故障做了研究。分别从机械因素、电磁因素和水力因素三个方面选取了轴瓦间隙过大、磁拉力不平衡、尾水涡带三个工程案例,运用系统的波形分析、频谱分析、趋势分析等功能获得机组振动的特征,对机组进行故障诊断。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV736
【部分图文】：

振摆,保护装置

图 1-1 3500 振摆保护装置Fig.1-1 3500 Vibration Protection Device届基于 Internet 的远程监控诊断工作会议，来自 30 个公司和研究机构的 50 多位代研究[7-10]。部分监测系统实现了远程监测公司在 80 年代开始智能故障诊断系统的该系统可以看到分布在全美的 20 多个电国 Bently 公司的 SYSTEM1 系统融进了但该系统主要针对汽轮发电机组等高速不具备国内状态监测领域所要求的各项深集成国内其他状态监测系统的功能。加拿也具备远程数据传送的能力，但 ZOOM 进行二次开发，限制了其推广应用。这汽轮发电机组、压缩机组等，针对水轮类产品主要侧重于传感器和监测仪表，

混流,水轮发电机组

图 2-1 立式混流水轮发电机组Fig.2-1 Vertical mixed flow Hydrogenerator2.2 水轮发电机组监测由于水轮发电机组体积庞大，结构复杂，造价成本很高，一般大型电站在投运前，都会安装一套机组在线监测系统，该系统主要监测机组的稳定性，而机组的振动是机组稳定性的反应。水轮机组的振动主要来自机组本身的转动引起的机械振动，发电机转子旋转产生的电磁拉力，水轮机过流部件由于流动压力产生的振动。振动过大会使机组各个连接部件松动，造成部件之间的摩擦，甚至碰撞，并引起焊缝和其他部件的疲劳。机组的振动是不可避免的，只能将振动限制在允许的范围内。机组的振动监测通常包括机架振动，导轴承的摆度，压力脉动等。而其中振动和摆度监测尤为重要，电站一般将振摆作为跳机的标准之一，振摆值过大，机组必须停机检修，查找振摆过大的原因。

设备状态监测,软件设计

Table2-3 Main software list编号软件名称K安装位置g/cm3功能描述T1 设备状态监测与评价软件客户端/应用服务器实时监测和数据分析诊断2 系统配置程序应用服务器增删改设备信息3 中心数据库软件数据服务器存储集团数据4 中心数据接口程序应用服务器提供与客户端软件接口5 下位机软件数据采集站存储和发送数据6 电厂侧接口程序数据接口服务器与下位机程序通讯7 电厂侧数据库程序数据接口服务器存储本电厂数据2.5.2 客户端应用软件功能客户端应用软件，安装在集团网内和 Internet 授权的任何客户端上，用来监测公司下属电厂的发电机、水轮机的运行状态，并进行数据分析和设备状态评价，并进行整个系统的功能展示。本软件的数据来自于集团总部的中心数据库，在网络连通的情况下，可以实现数据的实时读取。系统的应用框架如图 2-5 所示。

【参考文献】