彭衛(wèi)東

（佛山市高明區(qū)滄江泵站管理處，廣東 佛山 528000）

泵站機(jī)組的運(yùn)行管理是水利工程中的核心部分，泵站機(jī)組發(fā)生故障的原因往往比較復(fù)雜，隱蔽性強(qiáng)且?guī)淼呢?fù)面影響大。在科技高速發(fā)展的今天，一套富有成效的、高效率的泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)就顯得非常重要。同時，隨著泵站自動化程度的不斷加大，部分泵站開始推行無人值守，更是推進(jìn)了該系統(tǒng)的普及。文章從泵站機(jī)組的常見問題與狀態(tài)入手，研究泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 泵站機(jī)組常見問題及狀態(tài)

在我國使用中的水利泵站中，機(jī)組在運(yùn)行管理中主要呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）技術(shù)落后。大多數(shù)的泵站在運(yùn)行管理中缺少技術(shù)輔助，信息處理與狀態(tài)監(jiān)測流程仍然以人工操作為主，并未實(shí)現(xiàn)信息化。（2）管理效率低下。泵站管理水平低下，無法將泵站納入科學(xué)、規(guī)范化管理。（3）運(yùn)行環(huán)境差。我國在使用中的泵站大多建設(shè)于20世紀(jì)70年代，受限于建設(shè)年代的物質(zhì)與技術(shù)條件，同時由于使用時間較長，使泵站機(jī)組存在很多問題。

1.1 同步機(jī)組

（1）發(fā)動機(jī)問題或負(fù)載阻力矩太大會增大機(jī)組的負(fù)荷，當(dāng)超過電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩后，就會在啟動電機(jī)時出現(xiàn)轉(zhuǎn)子未動作但發(fā)出噪音的問題。

（2）泵站機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果電壓下降就會同步降低轉(zhuǎn)矩，當(dāng)這種情況發(fā)生時，其轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載阻力矩，就會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)故障。

（3）當(dāng)阻尼環(huán)的有效接觸面積被減小或未擰緊阻尼環(huán)的螺栓時，連接環(huán)節(jié)就會冒出火花且發(fā)熱，導(dǎo)致機(jī)組故障。

（4）未按規(guī)定啟動機(jī)組或未及時同步，就會使啟動繞組過熱而斷裂阻尼條。

（5）未達(dá)到額定值就啟動機(jī)組，導(dǎo)致電磁力矩不夠，轉(zhuǎn)速失速引發(fā)機(jī)組失步，啟動失敗。

（6）定繞組連接錯誤，會出現(xiàn)電源電壓過大、降低線圈絕緣性、匝間短路等問題。

1.2 異步機(jī)組

（1）泵站的異步機(jī)組無法有效啟動，其主要原因是機(jī)組電源未能穩(wěn)定連接、電源線裂開或是熔斷器熔絲損壞等。另外，不當(dāng)操作與啟動、負(fù)載功率或負(fù)荷過高都會在機(jī)組啟動時出現(xiàn)問題。

（2）泵站機(jī)組在電源接通且啟動后，發(fā)出異常噪音時，需要先分析噪音產(chǎn)生的原因，也就是檢查電流值和電壓值是否因機(jī)組啟動時過低的電壓而受到干擾，導(dǎo)致噪聲的出現(xiàn)。另外也應(yīng)排查其連接的有效性，同時檢查線圈通路，確定問題。

（3）機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中過熱的原因包括機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生過高的電壓值或電流值，使機(jī)組鐵芯溫度快速上升；定子繞組相間或匝間存在短路，機(jī)組一經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，異常的繞組就會加劇繞組絕緣老化；機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子或定子相擦、掃膛，負(fù)載增加引發(fā)過熱，導(dǎo)致問題。

2 泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 工程概況

滄江水利樞紐位于廣東省佛山市高明區(qū)高明河匯入西江的河口處，距離河口2.4km。樞紐由船閘、泵站、水閘3部分組成，西北連接高明城區(qū)，南面與南海區(qū)西岸接壤西江。泵站1997年投入運(yùn)行，承擔(dān)著防洪排澇的作用，該泵站裝機(jī)容量5000kW，設(shè)計(jì)流量為128m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程3m。泵站內(nèi)安裝機(jī)組為2800ZLQ30-3.5型立式全調(diào)節(jié)軸流泵4臺，配4臺上海電機(jī)廠L1250-40/3250型電壓等級為10kV、單機(jī)容量1250kW同步電機(jī)。該站在2010年對機(jī)組進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動化監(jiān)控改造。

2.2 狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

滄江泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為分層分布式，以層次分兩級，即上位機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn)地層。主要構(gòu)件包括上位機(jī)單元、數(shù)據(jù)采集單元與傳感器單元，其中后兩者屬現(xiàn)地系統(tǒng)，而上位機(jī)單元則包含了網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備、工作站與狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器等。在中央控制室內(nèi)設(shè)置工作站與狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，并在每臺電機(jī)旁安裝數(shù)據(jù)采集單元，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)形式，傳輸介質(zhì)為光纖。

（1）傳感器。傳感器作為機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)中的重要組成部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測機(jī)組的實(shí)時狀態(tài)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)采集后上傳。詳細(xì)監(jiān)測點(diǎn)分布與相關(guān)配置如表1所示?？紤]到傳感器的工作狀態(tài)與環(huán)境，安裝傳感器應(yīng)確保穩(wěn)固，其中加速度傳感器與速度傳感器用于測量機(jī)組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，在被測部件上進(jìn)行剛性連接。在傳感器的底部安裝底座，根據(jù)各傳感器的不同尺寸與結(jié)構(gòu)定制底座，并將其焊接于相應(yīng)的安裝部位，如有不宜進(jìn)行焊接的，固定方式則采用螺接或粘貼方式。

（2）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，包括監(jiān)測顯示器、電源、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備、端子與軟件等。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含振擺監(jiān)測、壓力脈動監(jiān)測、空氣間隙監(jiān)測、鍵相監(jiān)測、繼電器輸出監(jiān)測、系統(tǒng)主板與存儲設(shè)備，各監(jiān)測模組均可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的升級。①振擺監(jiān)測：其作用是各種振動與擺動信號的采集。采用8通道監(jiān)測模塊共3塊，監(jiān)測擺動信號2個，振動信號20個，預(yù)留備用2個。②壓力脈動監(jiān)測：其作用是工況、負(fù)荷與壓力脈動的信號采集。采用8通道監(jiān)測模塊2塊，監(jiān)測負(fù)荷信號4個，壓力脈動信號3個，預(yù)留工況參數(shù)信號9路。③鍵相監(jiān)測：作用是轉(zhuǎn)速/鍵相信號采集。采用2通道鍵相模塊1塊。④空氣間隙監(jiān)測：作用是機(jī)組電機(jī)的空氣間隙信號采集，信號調(diào)理器負(fù)責(zé)傳遞信號。采用4通道監(jiān)測模塊1塊，監(jiān)測空氣間隙信號4個。⑤繼電器輸出監(jiān)測：如泵站機(jī)組呈現(xiàn)異常狀態(tài)時，監(jiān)測系統(tǒng)通過繼電器將動作保護(hù)或報(bào)警信號進(jìn)行輸出，通過系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警邏輯組態(tài)。采用9路繼電器輸出模塊1塊。⑥系統(tǒng)主板：其作用是對各個采集模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保正常工作運(yùn)行，同時分析處理采集到的信號數(shù)據(jù)，將特征參數(shù)數(shù)據(jù)提取并得到最終的狀態(tài)數(shù)據(jù)值。系統(tǒng)主板有2個串行通訊接口及2個10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口。⑦存儲設(shè)備：用于泵站機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲。

表1 監(jiān)測點(diǎn)分布與相關(guān)配置說明

（3）上位機(jī)。包括工作站、狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器等設(shè)備。前者用于監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對泵站機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與分析；后者則用于獲取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理并將全泵站的狀態(tài)實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理。

（4）其他。其他組件包括供電電源，監(jiān)測顯示器與相應(yīng)軟件。供電電源為工業(yè)級的線性電源，各數(shù)據(jù)采集設(shè)備均配有供電電源1套，為其提供工作用電。監(jiān)測顯示器為工業(yè)液晶顯示器，其作用為實(shí)時監(jiān)測并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，同時為系統(tǒng)維護(hù)服務(wù)。軟件部分則包括移動端軟件、狀態(tài)監(jiān)測分析軟件與離線數(shù)據(jù)分析軟件，軟件確保能夠與操作系統(tǒng)兼容，同時能夠升級。

2.3 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時數(shù)據(jù)分析與監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)能夠在全泵站有網(wǎng)絡(luò)連接的用戶終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器或數(shù)據(jù)采集設(shè)備上將泵站機(jī)組實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)同步顯示與監(jiān)測，并從不同角度將機(jī)組狀態(tài)信息數(shù)據(jù)以監(jiān)測畫面或曲線、數(shù)據(jù)、圖表等形式分層次的呈現(xiàn)出來，即機(jī)組狀態(tài)在線實(shí)時監(jiān)測功能。

（2）擺動振動監(jiān)測功能。通過對機(jī)組各個部位的振動信號進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)機(jī)組的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行分析，同時將機(jī)組支架的振動時間比趨勢反映出來，對支架損傷情況進(jìn)行初判；分析水泵機(jī)組導(dǎo)軸承與泵葉外殼，可得到故障狀態(tài)數(shù)據(jù)，特別是有水力影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動，能夠借助振動頻譜反映出支架裂紋、松動等問題；而通過對導(dǎo)軸承擺動的監(jiān)測，并結(jié)合實(shí)時獲取的油溫與軸承瓦溫?cái)?shù)據(jù)，就能實(shí)時監(jiān)測到軸承的故障。

（3）壓力脈動監(jiān)測功能。通過實(shí)時監(jiān)測到的壓力脈動信號，系統(tǒng)能夠自動計(jì)算信號發(fā)生點(diǎn)的脈動及壓力狀態(tài)，通過分析頻譜，確定引發(fā)水力脈動的源頭，同時預(yù)測構(gòu)件安全狀態(tài)并提供相應(yīng)依據(jù)。

（4）機(jī)組氣隙監(jiān)測功能。通過采集相應(yīng)傳感器信號，結(jié)合鍵相，對運(yùn)行時氣隙變化狀態(tài)進(jìn)行分析。

（5）趨勢分析功能。該系統(tǒng)能夠通過監(jiān)測到的上述所有數(shù)據(jù)信息的特征參數(shù)與狀態(tài)，及通訊端口獲取的過程量參數(shù)進(jìn)行趨勢分析。

（6）數(shù)據(jù)管理功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理包括對需要的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，該系統(tǒng)會檢查數(shù)據(jù)的合法性與有效性，清理超過時間的數(shù)據(jù)，同時維護(hù)數(shù)據(jù)庫性能，監(jiān)測硬盤的冗余并發(fā)出警告并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，用戶也可快速檢索并下載需要的數(shù)據(jù)。

（7）其他功能。該系統(tǒng)除了能夠設(shè)置二級報(bào)警并組態(tài)報(bào)警延遲與邏輯，實(shí)現(xiàn)雙向通訊，提供機(jī)組狀態(tài)報(bào)告為機(jī)組運(yùn)行、檢修與優(yōu)化提供相應(yīng)依據(jù)，另外該系統(tǒng)還提供了自恢復(fù)、自診斷及遠(yuǎn)程診斷功能。

3 結(jié)論

綜上所述，作為影響我國民生的重要工程項(xiàng)目，泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?yàn)槲覈谜驹谡＿\(yùn)行、提高工作效率上起到巨大的積極作用，通過滄江泵站機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、功能與應(yīng)用情況，可見該系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用是大勢所趨。