前言

樂昌峽電廠廠房屬于地下引水式發(fā)電廠房，安裝3臺單機容量44MW的豎軸混流式水輪發(fā)電機組，1#機組2013年1月投產(chǎn)，2#、3#機組分別于2013年6月投產(chǎn)。水輪發(fā)電機組由哈爾濱電機廠有限責任公司制造，機組在線監(jiān)測系統(tǒng)采用北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司研發(fā)的TN8000機組在線監(jiān)測系統(tǒng)。在機組投運兩年的時間里，通過對水輪發(fā)電機組的振動、擺度、壓力脈動、空氣間隙、磁場強度等物理量的在線監(jiān)測，記錄機組在不同水頭和負荷下各種運行工況的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)TN8000機組狀態(tài)監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)，提供專業(yè)的診斷圖譜，自動生成機組狀態(tài)分析報告，結(jié)合電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊連接，讓運行人員實時掌握機組運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，對故障原因、嚴重程度、及發(fā)展趨勢做出判斷，為機組試驗及狀態(tài)檢修提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和決策參考，同時也可減輕了運行人員的勞動強度，優(yōu)化機組運行，有利于保障機組安全經(jīng)濟運行。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測點布置

1.1TN8000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。樂昌峽電廠機組在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按層次劃分為上位機系統(tǒng)和現(xiàn)地層兩級，由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、服務器及相關(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測點布置。機組測點布置情況：振動擺度壓力脈動測點21個，發(fā)電機空氣間隙測點4個，工況信號7個，各測點布置見圖2。

2、系統(tǒng)功能

2.1振動擺度監(jiān)測分析。TN8000系統(tǒng)可對機組進行實時監(jiān)測和穩(wěn)態(tài)及過渡過程數(shù)據(jù)分析。（1）通過對機組的振動、擺度以及相關(guān)的過程量參數(shù)進行實時處理，實時動態(tài)顯示所監(jiān)測的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，也可根據(jù)機組的結(jié)構(gòu)特征設(shè)定預警值，越限即時報警。（2）采用各種手段，分析機組的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)及在機組啟停機、甩負荷、變勵磁、變負荷等過渡過程中的變化情況。通過時域波形、頻域分析、軸心軌跡圖、多軸心軌跡圖、空間軸線圖、振動棒圖等，分析監(jiān)測量隨時間的變化趨勢及過渡過程的變化。

2.2壓力脈動監(jiān)測分析。TN8000系統(tǒng)監(jiān)測過流部件的壓力脈動，實時顯示壓力脈動的波形和頻譜；分析壓力脈動的頻率成份以及壓力脈動隨工況的變化情況；分析各點壓力脈動及其頻域特性與導葉開度的關(guān)系。

2.3發(fā)電機氣隙監(jiān)測分析。TN8000數(shù)據(jù)采集箱通過對安裝在發(fā)電機定子內(nèi)壁的4個空氣間隙傳感器信號的采集處理，形成各種圖譜，監(jiān)控各磁極氣隙變化趨勢，分析判斷異常情況或故障。（1）通過氣隙圖實時監(jiān)測氣隙及其發(fā)生的準確角度和磁極號、轉(zhuǎn)子和定子不圓度等，評價發(fā)電機的制造、安裝和維修質(zhì)量；（2）通過趨勢圖、連續(xù)波形圖、氣隙-工況相互關(guān)系曲線等，分析開機過程、甩負荷、停機過程等工況下各參量及其所反映的發(fā)電機定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的變化過程，檢驗轉(zhuǎn)子機械強度和定子熱變形；（3）通過相同工況下的磁極形貌圖比較監(jiān)測運行中氣隙監(jiān)測參數(shù)及磁極形貌變化，及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極伸長現(xiàn)象。（4）通過分析氣隙不均勻性規(guī)律，可輔助分析部分機組振動的異常原因。此外，TN8000系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)管理和事故追憶、機組性能試驗及計算、數(shù)據(jù)通訊等功能。

3、應用情況

3.1為機組試驗提供技術(shù)參考。3.1.1為機組過速試驗檢測安裝質(zhì)量性能提供參考。機組過速試驗時TN8000系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)與安裝單位架百分表測量數(shù)據(jù)相對比，數(shù)據(jù)基本一致，機組振擺各項指標符合規(guī)范要求。

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

3.1.3為機組甩負荷試驗及振動區(qū)實測試驗提供可靠信號數(shù)據(jù)。在機組甩負荷試驗及振動區(qū)實測試驗中TN8000系統(tǒng)能實時測得機組在不同的運行工況下導葉開度、轉(zhuǎn)速、流量、水頭以及有關(guān)參數(shù)都在隨時間變化時，所引起機組振動、擺度、壓力及壓力脈動、壓力上升率、轉(zhuǎn)速上升率以及尾水管真空度瞬時變化情況，為機組的試驗和安全穩(wěn)定運行提供可靠的信號數(shù)據(jù)。3#機組甩100%負荷過程中的時域波形及峰值變化趨勢見圖4，1#機組43.9m毛水頭下振動區(qū)實測試驗有功24MW時振擺頻譜分析見圖5。

3.2為機組運行及維修提供技術(shù)指導

a）按照GB/T7894-2009《水輪發(fā)電機基本技術(shù)條件》、DL/T507-2002《水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》、GB/T8564-2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》中的要求，樂昌峽水電站機組各部位的振動值在各種穩(wěn)定運行工況下不應大于90μm（雙幅值）、擺度值不應大于255μm（雙幅值）。TN8000系統(tǒng)按廠家經(jīng)驗值設(shè)定了各部位的振動、擺度報警值，振動一級報警值為110μm、二級報警值為200μm，擺度一級報警值為300μm、二級報警值為500μm。2013年8月1#機運行時水導-Y向擺度測得數(shù)值為320～360μm，裝置長時間報一級報警，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析，水導擺度是在機組投產(chǎn)運行一段時間后擺度值由120μm左右逐漸增大的，下支架和頂蓋振動值也有不同程度增大，期間機組運行工況基本一致（轉(zhuǎn)速、勵磁、負荷及水頭沒有發(fā)生變化），初步分析水機主軸可能存在彎曲，水導瓦間隙偏大造成。2013年12月1#機組年度檢修，對機組軸系進行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)主軸法蘭聯(lián)軸螺栓個別有松動，水導擺度實測值最大為380μm（超出允許值）。通過對主軸連接調(diào)整，聯(lián)軸螺栓按廠家要求預緊拉抻值，進行主軸找中心、盤車、軸瓦間隙調(diào)整（調(diào)整后水導最大擺度值為180μm，水導軸瓦最大雙邊總間隙340μm）。機組檢修后各部件振擺數(shù)據(jù)明顯改善，水導-Y向擺度降至78μm。b）樂昌峽機組汛期基本在毛水頭45m附近運行，而非汛期則在50m附近運行，河道上游來水量較為不穩(wěn)定，需經(jīng)常調(diào)節(jié)機組發(fā)電負荷，機組運行工況經(jīng)常改變。電廠投運初期，由于對機組的運行性能還不了解，防汛調(diào)度每天按河道上游來水量下達發(fā)電負荷曲線，機組經(jīng)常處于振動區(qū)運行，TN8000在線監(jiān)測系統(tǒng)測得振擺數(shù)據(jù)較大，并常報一級報警，偶爾有二級報警，運行人員及時調(diào)節(jié)負荷，減少機組振動。通過TN8000系統(tǒng)一年來記錄的工況變化及振擺數(shù)據(jù)分析，已初步掌握機組在常態(tài)兩種水頭工況下運行的負荷穩(wěn)定區(qū)，TN8000在線監(jiān)測系統(tǒng)為機組的安全穩(wěn)定運行提供可靠的信號數(shù)據(jù)及技術(shù)指導。目前機組已完成43.9m毛水頭（低水頭）下振動區(qū)實測試驗所測數(shù)據(jù)與TN8000系統(tǒng)記錄基本一致。

4、結(jié)語

TN8000機組在線監(jiān)測系統(tǒng)投入使用至今，能實時監(jiān)測機組的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)機組存在的隱患和缺陷，為機組運行提供了可靠的分析與診斷，提高了水輪發(fā)電機組運行的可靠性和安全性。該系統(tǒng)應用在樂昌峽電廠，是實現(xiàn)“無人值班（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）

作者簡介

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