王思杰

摘要：目前，為了水輪機組行業(yè)廣泛使用的振動在線監(jiān)測手段，實時監(jiān)測單元運行狀態(tài)，實現(xiàn)單元運行時故障監(jiān)測，確保設備穩(wěn)定運行。水輪機振動信號采集是通過振動傳感器實時收集、處理和分析振動數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)的故障頻率和振幅響應確定工作狀態(tài)。通過對執(zhí)行數(shù)據(jù)的時域和頻域分析，分析異常頻率特性的響應，與振動響應一起分析相應的頻率特性，以確定軸承的工作狀態(tài)，從而達到監(jiān)控工作狀態(tài)的目的，及時制定調查方案和處理措施，從而確保設備的穩(wěn)定工作。在此基礎上，本文分析了水輪機振動監(jiān)測傳感器的選擇，以下討論僅供參考。

關鍵詞：水輪機組;振動監(jiān)測;傳感器的選用

引言

振動是水蓄能電站相對常見的現(xiàn)象，大振動直接影響設備的安全運行，因此振動大小是評估設備運行性能的重要指標。水蓄能電站由液壓、機械和電氣設備組成的復雜系統(tǒng)，這些設備同時具有位移敏感的缺陷以及對速度和加速度測量更加敏感的誤差，因此選擇傳感器時必須充分理解水電站的振動頻率特性，并根據(jù)不同的誤差類型、設備的測量部分，選用傳感器。

1振動監(jiān)測與分析系統(tǒng)介紹

1.1系統(tǒng)功能

水輪機組在線振動監(jiān)測與分析系統(tǒng)能夠連續(xù)監(jiān)測水輪機組運行過程中的振動、沖擊、搖晃、速度、負載等參數(shù)，自動存儲振動、沖擊、波形等寶貴數(shù)據(jù)，并自動執(zhí)行計算機組中每個組件的故障特性頻率。該系統(tǒng)為水輪機組提供工程師支持分析系統(tǒng)，以檢查設備的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)齒形箱、軸承故障的初始跡象，并對故障的真實性、故障位置、故障類型、嚴重性和發(fā)展趨勢作出準確的判斷。該系統(tǒng)在水輪機組的特定位置安裝振動傳感器，以獲得齒輪箱、發(fā)電機等關鍵設備的振動信號，并通過專用數(shù)據(jù)收集分析系統(tǒng)執(zhí)行振動信號的定時收集和分析處理，從而確保水輪機每個關鍵設備的工作和磨損狀態(tài)，并對水輪機組可能發(fā)生的故障、隱患和使用壽命進行判斷和預估，為機組的維修提供指導和建議。

1.2系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊

為了使每臺水輪發(fā)電機的機載監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠可靠地傳輸?shù)街锌厥业臄?shù)據(jù)服務器，在水輪機組的機載主機和中控室的數(shù)據(jù)服務器之間采用了光纖環(huán)路通信方案。可利用抽水蓄能電站

現(xiàn)有的光纖環(huán)網(wǎng)[VOG-TL001]?，實現(xiàn)每臺機載主機與在線振動監(jiān)控系統(tǒng)服務器之間的通信。線內機載主機的電信號最好使用防扭屏蔽線，通過RJ-45J網(wǎng)口接入水電廠的光纖環(huán)網(wǎng)交換機。到水電廠中控室的機房后再利用網(wǎng)線將光纖環(huán)網(wǎng)交換機的信號接入在線振動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器。

1.3傳感器的選用

測量振動信號振幅的方法是不同的，通常是位移測量、速度測量和加速度測量。工程振動量值的物理參數(shù)常用位移、速度和加速度來表示。常用單位為：微米（μm）、毫米/秒2（mm/s 2）或重力加速度（g）。如圖1所示，位移、速度和加速度頻率的靈敏度都是不同的。

低頻率下設備可能出現(xiàn)的最大原因是應力故障，通常是單位軸彎曲導致的故障，加速度值通常較小，位移值更明顯。在中頻率下，頻率放大會導致非常小的位移值產(chǎn)生較大的速度值，而振動產(chǎn)生的能量與振動的速度相關，而能量傳導會導致零件疲勞和損壞。此時，使用位移峰值評估設備的操作會丟失對設備的保護，因此建議在中等頻率下使用速度值評估設備的操作。在同一個大小下振動的頻率越高，振動的加速度值就越大，頻率達到特定高度時，非常小的位移會導致設備受到過度的力作用，從而導致單位故障，不能達到高頻信號加速度的最佳振動監(jiān)控。

2水輪機振動監(jiān)測系統(tǒng)應用

2.1軟件系統(tǒng)設計

振動監(jiān)控系統(tǒng)軟件可分為多個模塊，包括收集控制、信號處理、故障排除等。它利用功能強大的計算機設備實時接收和輸入各種信號波形，從而加快數(shù)據(jù)收集和處理速度，確保故障排除信息的準確性和全面性，并提供高可靠性和實時性等明顯優(yōu)勢信號控制：使用信息收集卡實現(xiàn)系統(tǒng)內監(jiān)控數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)通信。首先，工作人員從數(shù)據(jù)采集卡中讀取相應的數(shù)字信號，將其及時存儲在數(shù)據(jù)庫中，然后使用分析模塊執(zhí)行信號和數(shù)據(jù)分析和處理。

2.2加速度傳感器

設備軸承座振動測量采用屬于慣性傳感器的壓電加速度傳感器。原理是，利用特定物質的壓電效應，如果物體的振動傳遞到加速度傳感器，則壓電元件的力會不斷變化。如果正在測量的振動頻率遠遠低于加速度傳感器的固有頻率，則可以通過測量與正在測量的加速度成比例的對象的振動加速度來積分力的變化，從而獲得振動速度。振動采集加速度傳感器頻率響應范圍為0 . 5hz至14 khz，通過信號線連接至分析儀，使用非常方便。振動監(jiān)視器可以在一定的周期內收集像差的振動情況，并將其導入數(shù)據(jù)庫，隨時分析數(shù)據(jù)庫中的信息，目前設備監(jiān)測數(shù)據(jù)存入設備健康管理系統(tǒng)，以便相應的技術人員能夠輕松查看。

2.3數(shù)據(jù)處理中的注意事項

在數(shù)據(jù)處理中，技術人員應根據(jù)實際情況分析數(shù)據(jù)處理的核心內容，及時分析轉子的振動狀態(tài)，加強頻域分析，以進一步提高故障排除能力。分析時域波形，利用時域波形了解轉子的工作狀態(tài)，科學的判定機械設備振動值是否超標，使用計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)確定收集通道的峰值和波形。利用計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)了解質量不平衡、油膜滑動、摩擦等狀態(tài)，利用渦流傳感器收集運行信息，經(jīng)過過濾過程后，及時繪制旋轉的運行軌跡，以其運動狀態(tài)為主要監(jiān)測依據(jù)。信號分析是時域分析的主要內容之一，它使用自相關函數(shù)在不同時間分析系統(tǒng)監(jiān)視信號之間的關系、信號頻率分量、波形狀態(tài)等，從而澄清兩個信號的關系，使用多通道監(jiān)視機械振動特性，同時為系統(tǒng)故障處理任務提供科學參考。

結束語

總之，利用振動監(jiān)測技術實時監(jiān)測水電站，提供了在一定程度上及時準確評估運行狀態(tài)的依據(jù)。同時，該技術的應用和開發(fā)大大提高了水輪機狀態(tài)異常識別和故障診斷能力，使您能夠解決水輪機初始故障問題，防止重大損失，降低設備維護成本，并確保設備的可靠和可靠運行。

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