董 德，閆 攀

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽電廠運(yùn)行部，湖北 宜昌 443133)

TN8000機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)由振動(dòng)擺度傳感器、智能數(shù)據(jù)采集箱和分析軟件組成，該系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)絡(luò)與水電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。振動(dòng)擺度傳感器過來的信號(hào)通過多芯屏蔽電纜連接到TN8000系統(tǒng)的振動(dòng)擺度輸入接線端，再通過專用的9芯電纜傳送到振動(dòng)和擺度采集模塊，由采集模塊進(jìn)行預(yù)處理和采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過總線傳送到系統(tǒng)板，然后進(jìn)行大量的在線信號(hào)處理和加工，得到反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的各種特征參數(shù)和部分原始數(shù)據(jù)。智能數(shù)據(jù)采集箱一方面根據(jù)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行故障預(yù)警和報(bào)警，另一方面將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳給狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，供網(wǎng)絡(luò)客戶對(duì)機(jī)組狀態(tài)做監(jiān)測(cè)分析和診斷[1-2]。

1 TN8000數(shù)據(jù)采集與分析

TN8000數(shù)據(jù)采集箱(見圖1)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)、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、導(dǎo)軸承狀態(tài)、機(jī)架振動(dòng)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)等形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

TN8000水輪機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)測(cè)量模塊主要有機(jī)架振動(dòng)模塊、擺度模塊和鍵相模塊，其各監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。機(jī)架振動(dòng)模塊和擺度模塊包括信號(hào)預(yù)處理單元、低通跟蹤抗混頻濾波器及單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集方式采用同起點(diǎn)整周期采樣，在任意轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的采樣頻率均為工頻的256倍頻，最高分析頻率可達(dá)128倍轉(zhuǎn)頻。穩(wěn)定運(yùn)行工況下連續(xù)采集16個(gè)周期，頻率分辨率為1/16倍轉(zhuǎn)頻，可保證低頻渦帶頻率的準(zhǔn)確采集[3]。在過渡過程時(shí)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)連續(xù)采集，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，最長(zhǎng)時(shí)間可達(dá)10 min，可確保過渡性過程和異常運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)組振動(dòng)和擺度信號(hào)的準(zhǔn)確采集和分析。

圖1 TN8000數(shù)據(jù)采集箱

數(shù)據(jù)表格分快變量表格和慢變量表格。快變量表格顯示各振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)等快變信號(hào)的通道名稱、單位、峰峰值、一倍頻幅值、一倍頻相位、平均工作位置、通道狀態(tài)、一級(jí)報(bào)警值和二級(jí)報(bào)警值(見圖3)。

圖3 機(jī)組快變量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及報(bào)警界面

圖3中峰峰值為平均峰峰值；一倍頻幅值、一倍頻相位是通過FFT計(jì)算得到的參數(shù)，可用于動(dòng)平衡計(jì)算，一倍頻幅值即為轉(zhuǎn)頻峰峰值，一倍頻相位指轉(zhuǎn)頻下振動(dòng)最大點(diǎn)與鍵相片之間的夾角；平均工作位置指?jìng)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)的平均值，針對(duì)擺度傳感器而言，指?jìng)鞲衅鞯捷S表面的平均距離，對(duì)壓力變送器而言，即指該測(cè)點(diǎn)位置的壓力值；通道狀態(tài)分通道正常、一級(jí)報(bào)警、二級(jí)報(bào)警和通道失效，分別以綠色、黃色、紅色和灰色表示。慢變量表格顯示各工況參數(shù)的通道名稱及實(shí)時(shí)值，已便于了解機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行工況[4-5]。

2 TN8000系統(tǒng)用于滑環(huán)/碳刷溫度較高的分析

按照水電廠設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管控的相應(yīng)規(guī)定，對(duì)機(jī)組振擺、三部軸承溫度及油位、電氣一次設(shè)備溫度等進(jìn)行專題分析。同時(shí)利用TN8000系統(tǒng)等工具進(jìn)行趨勢(shì)分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來創(chuàng)新工作方法，發(fā)現(xiàn)問題，作為生產(chǎn)管理與創(chuàng)新的重要內(nèi)容，充分利用該手段為安全生產(chǎn)服務(wù)，為區(qū)域設(shè)備管理提供了精確分析和論證依據(jù)，提高了設(shè)備管理的科學(xué)水平[6]。我們將TN8000系統(tǒng)用于滑環(huán)與碳刷溫度相對(duì)較高分析，得出出機(jī)組滑環(huán)與碳刷溫度相對(duì)較高的原因如下：

1)碳刷與滑環(huán)機(jī)械摩擦，產(chǎn)生這一部分熱量和滑環(huán)外徑、碳刷和滑環(huán)之間的摩擦系數(shù)有關(guān)系?；h(huán)的外徑越大，線速度越大，碳刷在集電環(huán)上造成的損失和產(chǎn)生的能量就越多。

2)碳刷與滑環(huán)之間電流平衡的破壞產(chǎn)生的熱量，如機(jī)組振動(dòng)過大導(dǎo)致平衡電流被破壞。一般正常情況下，碳刷與滑環(huán)接觸面的接觸緊力較大，即接觸壓降小，所有的碳刷工況接近，每條碳刷的電流大小接近，整體平均溫度較低，碳刷間電流相對(duì)穩(wěn)定平衡。當(dāng)運(yùn)行工況下降，振動(dòng)擺度幅度加劇，和滑環(huán)產(chǎn)生偏離，平衡電流破壞，導(dǎo)致局部發(fā)熱加劇。

3)滑環(huán)/碳刷溫度還與機(jī)組運(yùn)行水頭有關(guān)。如表1所示：(以XFB為示例)表中，XFB在低水頭下(76.95 m)運(yùn)行，其運(yùn)行振動(dòng)加劇，三部軸承擺度及上機(jī)架水平振動(dòng)最高達(dá)到47 um，滑環(huán)與碳刷溫度為103.6/115.9：隨著水頭的上升，運(yùn)行工況改善振動(dòng)下降，其滑環(huán)與碳刷溫度明顯下降趨勢(shì)，如在水頭103.8 m，其振動(dòng)明顯改善，上機(jī)架水平振動(dòng)為26 um，其溫度也有一定程度降低為95.9/100。機(jī)組振動(dòng)及滑環(huán)/碳刷溫度與水頭的關(guān)系見圖4。

表1 XFB機(jī)組數(shù)據(jù)分析表

注：對(duì)比其他同類型的VGS機(jī)組，XFB振動(dòng)偏大，同樣相比其他同類型機(jī)組其滑環(huán)/碳刷溫度相對(duì)較高。

4)機(jī)組本身所帶的無(wú)功對(duì)發(fā)電機(jī)滑環(huán)溫度也有很大的影響。發(fā)電機(jī)所帶無(wú)功越多勵(lì)磁電流就越大，從而產(chǎn)生的熱量也就越多。在同樣的散熱條件及其他條件相同情況下滑環(huán)的溫度會(huì)必然的升高[7](見表2)，機(jī)組振動(dòng)及滑環(huán)/碳刷溫度與發(fā)電機(jī)無(wú)功的關(guān)系見圖5。

5)所受周圍環(huán)境的影響，主要是通過熱輻射形式進(jìn)行的熱交換。該情況受周圍環(huán)境的制約，如通風(fēng)不良，缺少散熱通道等均會(huì)導(dǎo)致溫度的升高。例如：XXF運(yùn)行過程中下滑環(huán)溫度明顯偏高(最高值達(dá)180℃)，目前現(xiàn)拆下XXF機(jī)頭罩璧兩側(cè)通風(fēng)口無(wú)功調(diào)低至50 MVAR后，溫度降至130℃運(yùn)行。

表2 XFB機(jī)組數(shù)據(jù)分析表

圖4 機(jī)組振動(dòng)及滑環(huán)/碳刷溫度與水頭的關(guān)系

圖5 機(jī)組振動(dòng)及滑環(huán)/碳刷溫度與發(fā)電機(jī)無(wú)功的關(guān)系

3 滑環(huán)/碳刷溫度過高的危害

滑環(huán)/碳刷溫度過高的主要危害是：機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行便會(huì)造成碳刷發(fā)熱或者溫度持續(xù)升高，溫度過高的碳刷容易發(fā)生脆化，這樣會(huì)使碳刷和滑環(huán)之間電阻加大，甚至產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，最終造成碳刷的損壞。完好的碳刷承受的電流不斷增加，受損的碳刷產(chǎn)生的電弧也在加大，這樣就會(huì)使碳刷與滑環(huán)之間發(fā)生環(huán)火，甚至產(chǎn)生弧光，使下滑環(huán)表面灼傷，刷辮熔斷。強(qiáng)烈弧光、碳粉、油污、燒損的熔渣及金屬顆粒還造成上下滑環(huán)、上滑環(huán)與下環(huán)刷握之間發(fā)生間歇性放電，致使下集電環(huán)、刷架部分燒損，上環(huán)底部及邊沿被弧光灼傷。不間斷的電弧產(chǎn)生高強(qiáng)的溫度使下面集電環(huán)燒熔，造成下集電環(huán)接地，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文中針對(duì)機(jī)組在大負(fù)荷長(zhǎng)周期工況情況下，利用TN8000等系統(tǒng)工具進(jìn)行趨勢(shì)分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，著重分析個(gè)別機(jī)組由于機(jī)組振動(dòng)導(dǎo)致的滑環(huán)碳刷溫度過高等局部過熱問題，針對(duì)該情況，電廠工作人員可以將個(gè)別發(fā)熱嚴(yán)重的碳刷取下更換，使整個(gè)滑環(huán)碳刷溫度降低。亦可投入強(qiáng)迫補(bǔ)氣裝置，降低機(jī)組的振動(dòng)工況。在系統(tǒng)電壓能夠滿足要求，同時(shí)也能滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，可通過適當(dāng)降低機(jī)組無(wú)功來實(shí)現(xiàn)降低集電環(huán)的溫度。同時(shí)也對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行了評(píng)估，證明該分析方法的可行性和有效性，取得了較好效果。實(shí)踐證明該方法具有可行性和實(shí)用性，拓展了電廠機(jī)組對(duì)于相關(guān)問題的分析方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。