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淺析尼爾基發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

2010-04-03 14:06:02寇立國吳希華
東北水利水電 2010年4期
關(guān)鍵詞:尼爾發(fā)電廠脈動(dòng)

寇立國,吳希華,姚 遠(yuǎn)

(1.松遼水利委員會水文局,吉林 長春130021;2.松遼水利委員,吉林 長春130021;3.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江 齊齊哈爾 116000)

1 樞紐概述

尼爾基水利樞紐具有防洪、工農(nóng)業(yè)供水、發(fā)電、航運(yùn)、環(huán)境保護(hù)、魚葦養(yǎng)殖等綜合效益,是嫩江流域水資源開發(fā)利用、防治水旱災(zāi)害的控制性工程,也是實(shí)現(xiàn)“北水南調(diào)”的重要水源工程。尼爾基水利樞紐水庫總庫容86.11億m3。尼爾基發(fā)電廠采用河床式電站廠房,廠內(nèi)裝有4臺水輪發(fā)電機(jī)組,單機(jī)容量62.5MW,總裝機(jī)容量250MW;發(fā)電廠水輪發(fā)電機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn),水輪機(jī)為軸流轉(zhuǎn)槳式,立軸布置。發(fā)電機(jī)為立軸半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機(jī)。額定容量62.5MW,額定電壓13.8kV,額定電流2988A,額定轉(zhuǎn)速107.1r/min,額定頻率50Hz。

2 機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

尼爾基發(fā)電廠采用的是目前國內(nèi)較為先進(jìn)的TN8000系統(tǒng),是由北京華科同安公司自主研發(fā)。該系統(tǒng)充分利用目前國內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)建立系統(tǒng)平臺,通過對水輪機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性在線監(jiān)測,同時(shí)聯(lián)合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測信息,針對尼爾基發(fā)電廠現(xiàn)場機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)建立功能完備的監(jiān)測分析診斷系統(tǒng),提供報(bào)警、預(yù)警、狀態(tài)分析、性能評價(jià)、故障診斷等一系列工具和手段,并可以方便地形成機(jī)組穩(wěn)定性性能曲線、水力參數(shù)性能曲線、過渡過程性能曲線,為用戶了解機(jī)組的運(yùn)行性能,及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障,狀態(tài)檢修提供系統(tǒng)的、直接的技術(shù)數(shù)據(jù)和報(bào)告。為機(jī)組的安全運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持。系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集站、上位機(jī)設(shè)備等組成。

按照現(xiàn)場測點(diǎn)分布情況,該系統(tǒng)可分為空氣間隙狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、局部放電監(jiān)測系統(tǒng)、振動(dòng)擺度監(jiān)測系統(tǒng)、壓力脈動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1 空氣間隙狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)由安裝在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)壁的4個(gè)LS121空氣間隙傳感器(分別位于±X、±Y方向)和ILS731信號調(diào)理器組成,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙及其發(fā)生的準(zhǔn)確角度和磁極號,給出轉(zhuǎn)子中心和定子中心的偏移量,并模擬磁極周向形貌,真實(shí)地描述發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)情況,以及在機(jī)械和電氣影響下的運(yùn)動(dòng)情況。通過氣隙變化趨勢以及定子熱變形和磁極結(jié)構(gòu)的蠕變等數(shù)據(jù)分析,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和鑒別異常情況,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析定子圓度蠕變、磁拉力不平衡、定子合縫與定子鐵心松動(dòng)等故障。

傳感器安裝在定子的內(nèi)壁上,周向均勻分布,信號調(diào)理器輸出信號供TN8000數(shù)據(jù)采集箱,由TN8000系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和故障診斷。

2.2 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)

局部放電是發(fā)生在高壓定子繞組絕緣中的小電火花。通常情況下,質(zhì)量良好的定子繞組在良好的工作條件下僅有少量的局部放電發(fā)生。然而,由于繞組振動(dòng)和工作在高溫環(huán)境下、或者由于油污、潮濕和化學(xué)物質(zhì)的作用,隨著定子繞組絕緣的不斷惡化,局部放電將呈10倍或10倍以上的速率增長。因此,在線局放監(jiān)測系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)繞組絕緣故障的主要根源。采用在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行局部放電監(jiān)測,通常會給出提前兩年或兩年以上的故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。

根據(jù)尼爾基電廠實(shí)際情況,采用PAD監(jiān)測法進(jìn)行監(jiān)測。該方法由加拿大Ontaio Hydro公司于20世紀(jì)70年代首先提出,主要用于在線監(jiān)測水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的局部放電。主要利用繞組內(nèi)放電信號和外部噪聲信號在繞組中傳播時(shí)具有不同特點(diǎn)來抑制噪聲,提取放電信號。該監(jiān)測法在國外水輪發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測中已被大量采用。尼爾基電廠成為國內(nèi)少數(shù)采用該監(jiān)測法的電廠之一。

尼爾基發(fā)電廠每臺機(jī)組配置6個(gè)傳感器,采用IRIS公司PDA電容耦合器,該耦合器可以探測定子線圈的局部放電信號,并能將無用的噪音濾掉。耦合器通常與定子線棒的環(huán)狀匯流排跨接線相連。

2.3 振動(dòng)擺度監(jiān)測系統(tǒng)

振動(dòng)是水輪發(fā)電機(jī)組較為常見的問題,在機(jī)組各部位均易發(fā)生,各種類型的水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中都存在著不同程度的振動(dòng)。強(qiáng)烈的振動(dòng)將影響電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定,因而振動(dòng)成為評價(jià)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo),振動(dòng)擺度也是機(jī)組穩(wěn)定性的直接信號和判斷依據(jù)之一。

針對尼爾基發(fā)電廠實(shí)際情況,TN8000數(shù)據(jù)采集箱對機(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)、并行、整周期采樣,并進(jìn)行相應(yīng)的處理、計(jì)算和特征提取,在數(shù)據(jù)采集站液晶顯示器、工程師站顯示器以及網(wǎng)絡(luò)所聯(lián)的有關(guān)工作終端上以結(jié)構(gòu)示意圖、棒圖、數(shù)據(jù)表格、曲線等形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)以位移形式(mm或μm)顯示所監(jiān)測的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

根據(jù)尼爾基發(fā)電廠機(jī)組的特性,每臺水輪發(fā)電機(jī)組在不同的位置設(shè)置測點(diǎn),并針對狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的需要,機(jī)組上還配置了一個(gè)鍵相傳感器對所有信號進(jìn)行同步。在導(dǎo)軸承部分的測點(diǎn)以及鍵相傳感器均采用IN-081一體化渦流傳感器,該傳感器利用電渦流原理測量轉(zhuǎn)子表面相對于傳感器頭部距離的變化,由探頭、延伸電纜、前置器等三部分組成,特別適合于測量轉(zhuǎn)軸的振動(dòng);上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋部分的測點(diǎn)采用MLS-9振動(dòng)傳感器,其中水平向MLS-9H有6個(gè),垂直向MLS-9V有4個(gè)。該傳感器具有工作頻率低、長期運(yùn)行可靠、互換性好的特點(diǎn)。

2.4 壓力脈動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)

壓力脈動(dòng)是水輪機(jī)最普遍的不穩(wěn)定因素,是導(dǎo)致水電機(jī)組振動(dòng)的主要原因之一,流場的壓力脈動(dòng)周期性地作用在流道壁面上和轉(zhuǎn)輪上,引起結(jié)構(gòu)和部件的振動(dòng)。壓力脈動(dòng)過大時(shí)會引起水輪機(jī)和廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)、葉片裂紋和斷裂、機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定和軸承損壞,當(dāng)壓力為負(fù)壓時(shí),可能造成空化和空蝕,伴隨較強(qiáng)烈的噪音。

壓力脈動(dòng)的測量采用壓力變送器。當(dāng)機(jī)組壓力脈動(dòng)出現(xiàn)異常時(shí),壓力脈動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)通過壓力脈動(dòng)的變化趨勢、壓力脈動(dòng)的頻譜特征和壓力脈動(dòng)隨工況變化的特征,自動(dòng)判斷引起壓力脈動(dòng)異常的可能原因,并結(jié)合振動(dòng)擺度監(jiān)測系統(tǒng)對該原因進(jìn)行深入分析。通過一定時(shí)間的數(shù)據(jù)積累,該系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)工況下的壓力脈動(dòng)參數(shù),逐步得到機(jī)組運(yùn)行的壓力脈動(dòng)良好工況區(qū)域,明確危險(xiǎn)或不良工況區(qū),從而指導(dǎo)機(jī)組盡可能避開壓力脈動(dòng)危險(xiǎn)工況區(qū)運(yùn)行。

根據(jù)尼爾基發(fā)電廠實(shí)際情況,每臺機(jī)組安裝5臺壓力變送器,分別用于測量蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)、尾水管進(jìn)口壓力脈動(dòng)和活動(dòng)導(dǎo)葉前后壓力脈動(dòng)。采用PR—21S/81400壓力傳感器。

3 結(jié)語

(1)該系統(tǒng)在尼爾基發(fā)電廠安全運(yùn)行近3年,各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求,提供數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確,為尼爾基發(fā)電廠機(jī)組正常運(yùn)行提供了保障。

(2)尼爾基發(fā)電廠技術(shù)人員經(jīng)過深入研究,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),添加了輔助生產(chǎn)的機(jī)組各部溫度巡檢系統(tǒng),該系統(tǒng)的應(yīng)用為運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組狀態(tài)提供了更為直觀的參考依據(jù)。

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