宋 柯,喻永松,楊 軍
(四川大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠,四川 漢源 625304)
瀑布溝水電站水輪發(fā)電機(jī)組PSTA2003在線監(jiān)測分析系統(tǒng)應(yīng)用
宋 柯,喻永松,楊 軍
(四川大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠,四川 漢源 625304)
介紹了瀑布溝電站(6×600M W)PSTA 2003在線監(jiān)測分析系統(tǒng)的主要功能及應(yīng)用情況,重點(diǎn)對在線監(jiān)測的擺度、振動、穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)空氣間隙評價(jià)等具體數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,對機(jī)組的故障作出了正確的判斷,提高了水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行水平。
水輪發(fā)電機(jī)組;在線監(jiān)測系統(tǒng);振動;擺度
四川大渡河瀑布溝水電站裝有6臺600 MW立軸半傘混流式水輪發(fā)電機(jī)組,在線監(jiān)測分析系統(tǒng)采用的是北京奧技異電氣技術(shù)研究所的PSTA2003系統(tǒng)平臺,通過對水輪發(fā)電機(jī)組的振動、擺度、壓力脈動、空氣間隙、磁場強(qiáng)度等物理量的在線監(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,利用各種分析、診斷策略和算法,針對瀑布溝水電站的6臺機(jī)組,建立功能全面、實(shí)用性強(qiáng)的跟蹤分析系統(tǒng),提供監(jiān)測、報(bào)警、狀態(tài)分析、故障診斷等一系列工具和手段,實(shí)時(shí)掌握機(jī)組健康況狀態(tài),為機(jī)組安全運(yùn)行,優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持。
PSTA2003在線監(jiān)測系統(tǒng)由上、下位機(jī)兩部分組成,上位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、工程師工作站、網(wǎng)絡(luò)隔離安全設(shè)備及其他相關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備等,下位機(jī)系統(tǒng)由現(xiàn)地盤柜和傳感器組成。安裝在機(jī)組各部位的傳感器將各種物理信號轉(zhuǎn)化為電信號,傳送到各狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng),各子系統(tǒng)將這些信號采集和處理,得到反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的各種特征參數(shù),曲線,圖表等,統(tǒng)一存儲到狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器具有自動運(yùn)行分析和診斷軟件,定期提供狀態(tài)檢查日志,狀態(tài)發(fā)展趨勢,自動存儲用于跟蹤分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)功能。
在線監(jiān)測分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式結(jié)構(gòu),由站控級和現(xiàn)地控制級組成,站內(nèi)各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)(LAN)聯(lián)接;與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過交換機(jī)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)服務(wù)器相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信;與電站MIS系統(tǒng)通過Web服務(wù)器和單向網(wǎng)絡(luò)隔離裝置相連實(shí)現(xiàn)單向數(shù)據(jù)通信;與遠(yuǎn)方集控中心等外部系統(tǒng)采用廣域網(wǎng)聯(lián)接,系統(tǒng)設(shè)備布置見圖1。
PSTA2003在線監(jiān)測系統(tǒng)主要在水輪發(fā)電機(jī)組的導(dǎo)軸承、推力軸承、上下機(jī)架、頂蓋、定子鐵芯、定子機(jī)座、尾水管等部位布置有用于測量機(jī)組振動、擺度、機(jī)組抬機(jī)量、壓力脈動、空氣間隙、磁場強(qiáng)度等物理參數(shù)的傳感器,同時(shí)接入了機(jī)組有功功率、無功功率、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、機(jī)組流量、導(dǎo)葉開度、定子電壓、定子電流、機(jī)組各部位溫度等參數(shù)和機(jī)組出口開關(guān)、勵(lì)磁開關(guān)等開關(guān)量,實(shí)現(xiàn)了對水輪發(fā)電機(jī)組軸系狀態(tài)(導(dǎo)軸承狀態(tài)、推力軸承狀態(tài)、主軸狀態(tài)),水輪機(jī)狀態(tài)(能量參數(shù)、壓力脈動),發(fā)電機(jī)狀態(tài)(定轉(zhuǎn)子空氣間隙、磁場強(qiáng)度、定子振動、定子變形)的監(jiān)測,測點(diǎn)布置見圖2。
PSTA2003系統(tǒng)具備豐富強(qiáng)大的軟件功能,除防火墻、預(yù)覽、打印、授權(quán)管理、系統(tǒng)仿真、傳感器輸出信號零點(diǎn)和增益補(bǔ)償、報(bào)警規(guī)則編輯、自學(xué)習(xí)功能、全組態(tài)設(shè)計(jì)、監(jiān)測畫面組態(tài)功能、人機(jī)界面友好、數(shù)據(jù)存滿硬盤后可進(jìn)行自動壓縮和遺忘、維護(hù)系統(tǒng)具有密碼訪問等功能外還具有以下功能。
圖1 系統(tǒng)設(shè)備布置圖
圖2 測點(diǎn)布置圖
傳統(tǒng)意義上的故障診斷專家系統(tǒng),是一種自動分析系統(tǒng),一般由數(shù)據(jù)庫、知識庫、規(guī)則庫和推理機(jī)等幾部分組成,這種模式在水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域被證明是有缺陷的,PSTA2003系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的缺陷,具備以下特點(diǎn):
(1)PSTA2003自動報(bào)告系統(tǒng)是面向最終應(yīng)用的綜合分析診斷系統(tǒng)。它不再向使用者提供諸如空間軸線分析、多工況相關(guān)趨勢分析、軸心軌跡等這樣的分離的、不相互關(guān)聯(lián)的分析工具,而是提供給使用者各類最終的應(yīng)用功能,比如性能曲線報(bào)告、量化檢修參數(shù)評價(jià)、故障趨勢跟蹤及現(xiàn)場試驗(yàn)自動報(bào)告等。
(2)PSTA2003自動報(bào)告系統(tǒng)是“全自動的”,不需要使用者去進(jìn)行復(fù)雜操作。使用者只需要選擇制作什么時(shí)間段的哪些報(bào)告,剩下的工作自動報(bào)告生成系統(tǒng)就會自動完成。
(3)PSTA2003自動報(bào)告系統(tǒng)提供的報(bào)告內(nèi)容已經(jīng)不再局限于機(jī)組故障了,包括性能曲線自動整理、量化的檢修及診斷參數(shù)評價(jià)、故障趨勢跟蹤、現(xiàn)場試驗(yàn)報(bào)告的自動生成等諸多內(nèi)容。
通過對機(jī)組實(shí)際振動、擺度特性曲線的了解,使用者可以掌握機(jī)組的不同工況下振動區(qū)變化,以此為基礎(chǔ),通過調(diào)整機(jī)組AGC(自動發(fā)電控制)參數(shù),達(dá)到指導(dǎo)優(yōu)化運(yùn)行的目的。而自動報(bào)告系統(tǒng)提供的量化檢修評價(jià)參數(shù),則直接可以用來評價(jià)和指導(dǎo)機(jī)組的檢修工作,利用自動狀態(tài)分析狀態(tài)報(bào)告生成功能可以生成以下內(nèi)容的自動報(bào)告:
(1)反映機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的特性曲線,包括擺度隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、振動隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、壓力(脈動)隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、抬機(jī)量隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、振動及擺度隨勵(lì)磁電流的變化曲線、有功隨接力器行程變化曲線、蝸殼差壓隨接力器行程變化曲線、流量隨接力器行程變化曲線、流量隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、效率隨負(fù)荷及水頭的變化曲線、監(jiān)控參數(shù)(瓦溫、油溫等)隨負(fù)荷的變化曲線等。
(2)量化評價(jià)檢修參數(shù),包括推力軸承狀態(tài)的參數(shù)、主軸姿態(tài)的檢修參數(shù)、軸瓦調(diào)整效果的參數(shù)、定轉(zhuǎn)子空氣間隙檢修及診斷參數(shù)、診斷指標(biāo)參數(shù)等。
(3)PSTA2003系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)推力軸承彈性油箱漏油、導(dǎo)軸承支架變形、定子鐵芯疊片松動、轉(zhuǎn)子磁極伸長、定子結(jié)構(gòu)變形不一致等故障趨勢跟蹤。
(4)現(xiàn)場機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)自動報(bào)告。
實(shí)時(shí)監(jiān)測是指對機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行同步監(jiān)視和顯示的功能,它以數(shù)值、曲線、圖表等各種形式,將機(jī)組的各種狀態(tài)分析數(shù)據(jù),通過多個(gè)不同的頁面展現(xiàn)機(jī)組的狀態(tài)信息。PSTA2003提供了豐富直觀的、可組態(tài)的多個(gè)監(jiān)測畫面,其中每一個(gè)畫面中都可能包含著數(shù)據(jù)、曲線、圖形、表格等不同的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
PSTA2003系統(tǒng)詳細(xì)區(qū)分了開停機(jī)過程、事故停機(jī)過程、負(fù)荷波動過程和穩(wěn)態(tài)過程,分別設(shè)計(jì)了不同的報(bào)警策略。當(dāng)有預(yù)報(bào)警事件發(fā)生時(shí),PSTA2003系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能:
(1)自動記錄預(yù)報(bào)警事件和預(yù)報(bào)警發(fā)生時(shí)參量特征值,并記錄全部預(yù)報(bào)警事件發(fā)生時(shí)刻的全部相關(guān)數(shù)據(jù)以供分析診斷使用。
(2)該報(bào)警事件可以在各終端分析、診斷軟件的事件日志中瀏覽查詢。
(3)在現(xiàn)地監(jiān)測畫面和各客戶端以模擬光字牌形式自動彈出報(bào)警事件,提醒各運(yùn)行人員注意。
(4)在所有現(xiàn)地采集單元中,都提供多路無源報(bào)警節(jié)點(diǎn)信號,如果該事件被綁定了報(bào)警節(jié)點(diǎn)輸出,則輸出該報(bào)警節(jié)點(diǎn)。
(5)啟動自動診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。
PSTA2003系統(tǒng)能通過時(shí)域信號圖、階次比分析圖、全工況瀑布圖、相位分析圖、等30多種豐富實(shí)用分析方法完成機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況和暫態(tài)工況分析。
(1)穩(wěn)態(tài)工況分析工具主要用來評價(jià)機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。PSTA2003針對水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況能完成快速靈活的數(shù)據(jù)檢索、多工況相關(guān)趨勢分析、空間軸線分析、長時(shí)間趨勢分析、瀑布圖分析、定轉(zhuǎn)子空氣間隙狀態(tài)分析、磁通量分析等功能。
(2)暫態(tài)工況分析工具主要用來對機(jī)組開停機(jī)、變負(fù)荷、變勵(lì)磁、甩負(fù)荷過程記錄數(shù)據(jù)的分析。
PSTA2003系統(tǒng)從故障診斷和狀態(tài)分析的應(yīng)用出發(fā),設(shè)計(jì)出一套能夠滿足診斷和分析要求的完備數(shù)據(jù)的存儲策略,實(shí)現(xiàn)有效狀態(tài)信息的在線自動記錄,包括過渡過程(開停機(jī)過程)、穩(wěn)態(tài)過程、故障數(shù)據(jù)、工況參數(shù)發(fā)生變化時(shí)等各種信息。這些數(shù)據(jù)庫被合理地分布在現(xiàn)地采集單元和狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器上,針對不同的數(shù)據(jù),分別采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)。所有數(shù)據(jù)都采用高效無損壓縮技術(shù)存儲,讀取時(shí),可以自動地高保真快速還原。
為了防止網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,PSTA2003在現(xiàn)地采集裝置上配置了現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng),具有自動數(shù)據(jù)備份和手工備份功能,同時(shí)也提供了數(shù)據(jù)恢復(fù)功能,以防止服務(wù)器故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫文件損壞。使用者可以任意指定時(shí)間將數(shù)據(jù)導(dǎo)出、備份和轉(zhuǎn)移,同時(shí)提供了對導(dǎo)出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能。
PSTA2003系統(tǒng)提供了完整的手動試驗(yàn)工具,包括手動數(shù)據(jù)記錄、動平衡、盤車、效率試驗(yàn)、過渡過程試驗(yàn)、穩(wěn)定性試驗(yàn)等一系列工具軟件,幫助使用者完成各種現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)據(jù)計(jì)算和報(bào)告制作功能。
利用PSTA2003系統(tǒng)的虛擬試驗(yàn)功能,只要機(jī)組出現(xiàn)一次停機(jī)過程,就可以利用空間軸線分析工具,直觀給出盤車數(shù)據(jù),質(zhì)量不平衡對機(jī)架振動的影響以及配重方位等參數(shù)。
PSTA2003能夠方便地與電廠監(jiān)控系統(tǒng)、電廠MIS系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷分析中心或者其它測量裝置(如變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而且可以將其它測量裝置的數(shù)據(jù)集成到狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中,并利用PSTA2003系統(tǒng)提供的強(qiáng)大分析功能,完成較為深入和細(xì)致的分析診斷,擴(kuò)展了原有裝置的功能。
PSTA2003的所有分析、診斷、監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)建立在高壓縮比的數(shù)據(jù)傳輸和TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)之上,無需任何其他軟件的支持。使得PSTA2003系統(tǒng)可以在Internet網(wǎng)或者電網(wǎng)公司廣域網(wǎng)上流暢運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分析、遠(yuǎn)程診斷,降低技術(shù)服務(wù)費(fèi)用。
2009年12月17日至2009年12月26日,瀑布溝水電站5號機(jī)組利用PSTA2003在線監(jiān)測系統(tǒng)對機(jī)組擺度、振動、壓力脈動、空氣間隙、負(fù)荷等參數(shù)的自動記錄和積累,通過軸心軌跡、空間軸線、頻譜圖等方法對機(jī)組振動、擺度進(jìn)行評價(jià),穩(wěn)定性進(jìn)行分析,找出了5號機(jī)組存在的故障,為該機(jī)組檢修指導(dǎo)提供了有力的技術(shù)支持。
通過PSTA2003在線監(jiān)測系統(tǒng)對5號機(jī)組擺度和振動的記錄和分析,對照機(jī)組振動、擺度穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)和不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)分級標(biāo)準(zhǔn),得出機(jī)組在穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)內(nèi),上導(dǎo)+X、+Y向擺度,水導(dǎo)+Y向擺度及下機(jī)架垂直振動都處于及格水平。機(jī)組在不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)內(nèi),水導(dǎo)擺度和下機(jī)架垂直振動處于及格狀態(tài)。
(1)主軸彎曲分析,通過導(dǎo)軸承彎曲量圖、主軸初始彎曲變化圖、主軸初始彎曲變化統(tǒng)計(jì)表對主軸彎曲分析得出結(jié)論:主軸初始連接彎曲量較大;各導(dǎo)軸承處主軸初始彎曲量在短時(shí)間內(nèi)變化大,彎曲方位也有些變化,可能由于法蘭連接不牢固造成。
(2)主軸盤車模擬分析,模擬抱死下導(dǎo),上導(dǎo)、水導(dǎo)處盤車數(shù)據(jù)偏大,有調(diào)整的余地。
(3)主軸姿態(tài)分析,通過機(jī)組空間軸線圖、頻譜圖對機(jī)組主軸姿態(tài)進(jìn)行分析,機(jī)組主軸姿態(tài)在負(fù)荷250 MW后發(fā)生變化,且上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)X向1X相位有不同程度的偏移,主要是由于經(jīng)過渦帶區(qū)(226 MW~307 MW)影響引起。
(4)推力軸承狀態(tài)分析,推力瓦與主軸不垂直度約70μm(推薦允許值不大于30μm),不垂直方位327°,不垂直度較大。鏡板波浪度約為119μm(推薦允許值不大于30μm),波浪度較大。
(5)導(dǎo)軸承瓦間隙分析,推薦各導(dǎo)軸瓦調(diào)整間隙為250μm,實(shí)測上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)瓦間隙偏大,有調(diào)整的余地。
(6)三導(dǎo)不同心分析,停機(jī)過程中水導(dǎo)彎曲量變化較大(46μm),下導(dǎo)軸心偏移較大(89μm),推薦不大于允許值為60μm,說明三部導(dǎo)軸承存在一定的不同心。
(7)機(jī)組質(zhì)量不平衡分析,質(zhì)量不平衡對上機(jī)架水平振動的影響量為30μm(推薦允許值為不大于40μm),對下機(jī)架水平振動影響量約15μm(推薦允許值為不大于25μm),機(jī)組存在一定程度質(zhì)量不平衡但影響不大。
(8)磁拉力不平衡分析,勵(lì)磁投入前后,上機(jī)架水平振動和各導(dǎo)軸承擺度變化較?。ㄉ蠙C(jī)架水平振動變化推薦允許值為不大于40μm),說明磁拉力影響很小。
(9)水力不平衡分析,機(jī)組在變負(fù)荷過程中,各部擺度在226 MW~307 MW負(fù)荷區(qū)存在0.52 Hz和0.78 Hz的低頻渦帶,水導(dǎo)水平振動在226MW-307 MW負(fù)荷區(qū)存在0.52 Hz和0.78 Hz的低頻渦帶,其他振動(上機(jī)架、下機(jī)架)無低頻渦帶區(qū)。
(10)下機(jī)架變形分析,機(jī)組在一次變負(fù)荷過程中下導(dǎo)擺度間隙變化較大(40μm左右),同時(shí)在其他開機(jī)并網(wǎng)過程中也發(fā)現(xiàn)同類現(xiàn)象,下導(dǎo)擺度間隙變化與功率、轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁等無直接關(guān)聯(lián),可能由下機(jī)架徑向變形或大軸連接松動引起。
(11)擺度、振動影響因素分析,403 MW負(fù)荷下,對上導(dǎo)擺度影響最大的是機(jī)械因素,占78%。
(12)不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)(226~307 MW)下導(dǎo)擺度因素比例分析,不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)226~307 MW下,對水導(dǎo)擺度影響最大的是水力因素。
各方向氣隙安裝值偏差較小,轉(zhuǎn)子不圓度小于4%。平均氣隙趨勢穩(wěn)定,變化不大。兩次開機(jī)過程氣隙值對比無明顯變化,說明磁極在機(jī)組停機(jī)后基本恢復(fù)到原來的位置,彈性伸縮性較好。
(1)合格項(xiàng)目:下導(dǎo)擺度、水導(dǎo)+Y向擺度屬于正常水平;上機(jī)架、下機(jī)架、定子鐵芯100 Hz振動數(shù)值較小,根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)屬于優(yōu)秀水平;不平衡磁拉力對機(jī)組振動、擺度影響較?。晦D(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡對機(jī)組的振動、擺度影響較小。
(2)發(fā)現(xiàn)問題:主軸初始彎曲程度較大;推力鏡板與主軸有一定程度不垂直,鏡板波浪度較大;法蘭連接處可能存在連接不牢固現(xiàn)象;下機(jī)架在機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)較大彈性變形現(xiàn)象,下機(jī)架變形過程中可能導(dǎo)致三部導(dǎo)軸瓦不同心;當(dāng)前水頭下,226 MW~307 MW負(fù)荷區(qū)為機(jī)組的渦帶振動區(qū),渦帶頻率成分主要為0.52 Hz和0.78 Hz兩種。
(3)檢修建議:檢查法蘭連接是否牢固;對機(jī)組進(jìn)行盤車,檢查主軸軸線彎曲情況,并調(diào)整;盤車時(shí)應(yīng)檢查推力鏡板與主軸垂直情況;條件允許情況下檢測鏡板波浪度;應(yīng)避免機(jī)組在渦帶振動區(qū)運(yùn)行。對于下機(jī)架是否存在變形現(xiàn)象,以及產(chǎn)生變形的原因,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況,做進(jìn)一步分析與檢查。
通過PSTA2003在線監(jiān)測系統(tǒng)在瀑布溝水電站的應(yīng)用和分析,可以有效避免機(jī)組長期運(yùn)行在振動區(qū)域,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)的缺陷,確保機(jī)組安全運(yùn)行,同時(shí)也為瀑布溝電站機(jī)組狀態(tài)檢修和設(shè)備管理提供了有力的技術(shù)支持。
TP273+.5
B
1672-5387(2010)06-0080-04
2010-10-08
宋 柯(1969-),男,高級工程師,從事水電站生產(chǎn)管理工作。