水布埡電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)培訓課件

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機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用北京奧技異電氣技術研究所研制的PSTA2003系統(tǒng)平臺，通過對水力機組的運行穩(wěn)定性（包括振動、擺度、壓力脈動等物理量）、定轉子空氣間隙的在線監(jiān)測，同時聯(lián)合計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測信息，建立功能較為完備的跟蹤分析系統(tǒng)，提供報警、預警、狀態(tài)分析、性能評價、故障診斷等一系列的工具和手段，為機組的安全運行、優(yōu)化調度和檢修指導提供有力的技術支持。

機械振動基礎理論什么是機械振動？機械振動就是機械或機械部件的前后運動，一些部件前后運動或擺動就是在振動。機械振動可以呈現(xiàn)出各種形式，一個機械部件可能產生大位移或小位移的振動，快或慢的振動，可感知或不可感知的振動。表示振動的參數(shù)表示振動量的參數(shù)：振幅、頻率、相位振動幅值：表征振動大小。一般用振動位移、速度或加速度表示。位移一般用微米（μm）表示，現(xiàn)場也經常用到道或絲作為單位，1絲/道＝10μm；速度一般用mm/s表示，加速度一般用mm/s2或重力加速度g表示。振幅一般是計算一段時間內振動波形的峰峰值、平均值和均方根值（有效值）等，振動速度的有效值又叫振動烈度，反映振動的能量大小。振動頻率：表征振動原因。1X=1×rpm表示振動頻率和機器的轉速相同，0.43X=0.43×rpm表示振動頻率是機器轉速的43％。振動相位：表征振動方位。

序號術語定義符號單位1

振動vibrations機械系統(tǒng)相對于平衡位置隨時間的往復變化

2

簡諧振動simpleharmonicvibrations可用一項正弦函數(shù)表示的周期振動

3

復合振動compoundvibrations由幾個簡諧振動疊加而成的振動

4

常規(guī)振動normalvibrations由不平衡力和部分負荷時渦帶壓力脈動（混流式水輪機）等引起的振動

5

異常振動abnormalvibrations共振、自激振動、水體共振及其引起的強烈機械振動等的總稱

6

共振resonances強迫振動中，激振頻率及振動體固有頻率相等時的振動狀態(tài)

7

自激振動self-excitedvibrations在固有頻率下的振動，由振動體本身的振動周期地從不具交變性質的能源（如有壓液體）吸取能量，以維持振動體的振動

8

水體共振water-bodyresonances流道中的水體或水體及氣體空腔聯(lián)合體在其固有頻率下的壓力振蕩（脈動）狀態(tài)

9

壓力脈動pressurepulsations在選定時間間隔Δt內液體壓力相對于平均值的往復變化ΔH，kPa術語、定義、符號一覽表

序號術語定義符號單位10壓力脈動在選定的時間間隔△t內液體壓力相對于平均值的往復變化△HPa11氣隙電機定轉子之間的空隙

12周期周期量的一個循環(huán)的時間Ts13頻率單位時間內周期量的循環(huán)次數(shù)，等于周期的倒數(shù)fHz14主頻振幅最大的振動/脈動頻率，也稱基頻fbHz15轉頻旋轉機械的轉動頻率faHz16振幅正弦量的最大值A

17峰-峰值一個量的最大值和最小值的代數(shù)差，正弦量的峰-峰值為振幅的兩倍，即2A△XPP機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構PSTA2003狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由上下位機兩部分組成，上位機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務器、應用服務器和工作站，下位機系統(tǒng)由現(xiàn)地盤柜及其終端采集裝置和傳感器組成。PSTA2003狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用擴展的三層計算結構實現(xiàn)B/S模式的監(jiān)測，按照計算邏輯將系統(tǒng)分為五層結構：現(xiàn)地數(shù)據(jù)獲取層、自動診斷業(yè)務層、后端數(shù)據(jù)服務器層、中間應用業(yè)務邏輯層、前段用戶層。PSTA2003狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過下位機實現(xiàn)現(xiàn)地監(jiān)測，其信號采集及預處理系統(tǒng)還配有鍵盤、顯示器、共享器、傳感器電源箱等附屬設備。電源箱為各種傳感器提供直流電源，傳感器和其它儀器的輸出信號通過機柜內的接線端子，送到SPU2000信號采集及預處理單元中，信號采集及預處理單元完成信號的電氣接口處理，電氣隔離，抗混濾波，并完成所有信號的同步采樣；采樣后的數(shù)據(jù)將進行分析處理，提取特征參數(shù)，得到機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成振動越線報警、預警功能、高速紀錄功能，最后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳至狀態(tài)數(shù)據(jù)服務器，供進一步的狀態(tài)監(jiān)測分析和診斷。信號采集及監(jiān)測單元內的程序還通過顯示器為現(xiàn)場工程師提供必要的界面顯示，以完成信號調試，狀態(tài)監(jiān)測，參數(shù)設定，系統(tǒng)自檢等功能?；疽蠹斑\行規(guī)定基本要求：不得任意調整傳感器的間隙、不得碰撞傳感器。禁止退出數(shù)據(jù)采集程序，若需退出時必須謹慎、以免造成數(shù)據(jù)丟失。不得隨意退出服務程序或刪改該程序安裝目錄下的配置文件。運行規(guī)定：運行人員的系統(tǒng)控制權為：監(jiān)視及分析。運行值班人員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行異?；驁缶盘枺⒓磪R報當班值長并通知維護人員檢查處理。運行操作1、登陸點擊圖標進入Hsmart的登錄界面。如圖：2、主界面主界面如圖：3、實時監(jiān)測實時狀態(tài)監(jiān)測是本程序的基本功能。該模塊的主要作用是對機組的運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測，并判斷監(jiān)測信號是處于正常、分級報警或失效狀態(tài)。同時，通過機組布置圖及數(shù)值表監(jiān)視可了解傳感器的整體布局、具體通道名稱、通道監(jiān)測數(shù)據(jù)的值，使用戶隨時掌握機組當前運行狀態(tài)信息。實時監(jiān)測畫面如圖：4、分析數(shù)據(jù)選擇分析功能是對系統(tǒng)采集到的機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，一般指歷史數(shù)據(jù)，進行分析處理，從而得到一些反映機組運行狀態(tài)的特征參量，根據(jù)這些量的變化特點來判斷機組的運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)的分類選擇。選擇的數(shù)據(jù)單元由工具欄右邊的選擇框決定。4.1穩(wěn)態(tài)工況分析的數(shù)據(jù)選擇：4.2暫態(tài)工況分析的數(shù)據(jù)選擇：5分析工具使用數(shù)據(jù)分析工具欄如圖：5.1相關趨勢分析趨勢圖是分析歷史趨勢的工具。它以時間為橫坐標，以各通道的均值、峰峰值為縱坐標，顯示其隨時間的變化的趨勢。是分析、預測歷史趨勢的工具。同時水電機組的動特性試驗如：開機、停機、負荷試驗、擾動試驗等數(shù)據(jù)都可以由趨勢圖做出。相關趨勢分析也需要進行一些附加操作，所以同軸心軌跡和空間軸線一樣要進行控件配置。如圖：5.2波形曲線時域波形是傳感器信號經放大、濾波、Ａ/Ｄ變換等處理后,用所得到的離散數(shù)據(jù)作出的信號幅值隨時間變化的圖形或波形，這里的信號幅值可以代表位移、速度、加速度等物理量的大小。通過時域信號波形圖，我們可以看到信號幅值隨時間變化的規(guī)律，同時可提取出若干典型數(shù)字特征來描述其狀態(tài)，如：最小、最大峰峰值，有效值等。如圖：5.3階次比分析階次比圖主要是針對機組升速或降速過程的時域數(shù)據(jù)進行頻域分析的一種有效方法。當然也可以對穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)作階次比分析，但這時的分析結果同功率譜分析沒有大的區(qū)別。從階次比圖上，我們可以得到：基頻幅值；各次諧波分量的幅值：2X,3X，4X等各階倍頻成分的能量；比較不同轉速下的階次比譜分析圖，可找出隨轉速N變化較大的階次分量，從而指導故障診斷。如圖：5.4相位圖分析在旋轉機械監(jiān)測系統(tǒng)以及動平衡工作中，相位是其中最重要的監(jiān)測參數(shù)之一，而且在旋轉機械振動測試中，相位具有特定的含義，它是指基頻振動相對于轉軸上某一確定標記的相位滯后。在動平衡工作中，它指明了加重或去重的方位角，在監(jiān)測系統(tǒng)中，它可以幫助診斷機器故障。如圖：5.5功率譜分析功率譜圖是信號分析中常用的一種頻域分析方法。它是將時域信號通過FFT變換展開成若干頻率成分之和，從而分析信號的頻率成分及各分量的能量大小(通過幅值來衡量)，從功率譜圖上我們可以看出信號中的頻率成分，各已知特征頻率處對應的幅值（即相應時域信號中某頻率成分的能量），并且可以發(fā)現(xiàn)異常頻率成分。5.6軌跡分析軸心軌跡是在轉軸軸承座上安裝兩個互成90度的電渦流位移傳感器，將它們測得的時域數(shù)據(jù)直接或按特定要求作濾波處理后在XOY直角坐標系中作出軌跡圖，這樣得到的二維圖形，稱為軸心軌跡。正常狀態(tài)時，軸心軌跡應是圓形。所以通過觀察、監(jiān)視轉子的軸心軌跡可以得到以下信息：軸及軸承的同心度問題；可監(jiān)測轉子徑向預載或外力的變化，以及碰磨情形等。5.7多軌跡分析是多個軸心軌跡的組合（按照時間）。功能及軸心軌跡相同。可用于穩(wěn)態(tài)工況及暫態(tài)工況的分析。5.8空間軸線空間軸線通過機組運行過程中（包括穩(wěn)態(tài)運行或暫態(tài)過程）三部導軸承以及推力軸承狀態(tài)的動態(tài)運行過程來體現(xiàn)推力軸承在各負荷及轉速下的運行狀態(tài)。5.9瀑布圖分析又稱譜陣圖、轉速譜圖，它是以時間、轉速、負荷、功率或溫度等參量作為第三維座標繪制的頻譜曲線集合，取不同的第三維坐標繪制的瀑布圖可形象地展現(xiàn)旋轉機械振動信號頻譜隨上述各種參量的變化過程。它適用于有微小速度波動的穩(wěn)態(tài)過程。5.10轉速級聯(lián)譜陣圖分析又稱譜陣圖、時間譜圖，它是以轉速、時間、負荷、功率或溫度等參量作為第三維座標繪制的頻譜曲線集合，取不同的第三維坐標繪制的級聯(lián)圖可形象地展現(xiàn)旋轉機械振動信號頻譜隨上述各種參量的變化過程。實現(xiàn)方法基本上及瀑布圖相同，不同之處在于這里第三維坐標是時間，即一段時間內信號譜圖隨時間的變化情況，而且這里考慮的是機組的升、降速過程。5.11極坐標它是在極坐標下繪制的一系列振動矢量（典型為1X倍頻），它是關于轉軸轉動速度的函數(shù)曲線，不同轉速下的1X振動矢量的幅值和相角直接地被繪制在坐標平面中，相應的轉子轉速也在曲線上標出，極坐標圖也可以繪制任何經濾波的振動矢量，如2X，3X，1/2X等矢量。該系統(tǒng)中所指的極坐標圖分析，是針對起機升速或停機降速過程的數(shù)據(jù)而言的。事實上，極坐標圖也可以用來描述機組穩(wěn)態(tài)時某個倍頻矢量隨時間的變化情況。5.12波德圖分析該控件的功能及極坐標一致。只是顯示倍頻矢量的方式不同。波德圖通過平面坐標系。而極坐標選用的是極坐標系。只可用于暫態(tài)工況的分析。6、狀態(tài)報告通過對選擇不同時期的機組數(shù)據(jù)制作各種不同功能目的的機組報告，便于實驗結果的保存。并可以將自動報告通過e-mail的方式在Internet中傳播。6.1功能介紹如圖：狀態(tài)報告配置相當于機組報告的資源管理器，實現(xiàn)對機組所有數(shù)據(jù)報告的管理和分類。分兩個部分。左方是狀態(tài)報告的樹型列表，右方是該層目錄下的所有資源。6.2特殊數(shù)據(jù)報告系統(tǒng)提供了一系列針對特殊目的的數(shù)據(jù)報告，如性能報告、甩負荷報告、電磁拉力報告、推力軸承報告、主軸彎曲報告、盤車校驗報告、質量平衡報告等。監(jiān)視、巡回檢查各傳感器及接線完好。系統(tǒng)運行正常，機組運行狀態(tài)穩(wěn)定。系統(tǒng)各路電源正常、無報警、通道失效等信號。GPS時鐘同步運行正常。中控室數(shù)據(jù)服務器LCD畫面上的數(shù)據(jù)正常且刷新。振動監(jiān)測數(shù)據(jù)未超標，無報警信號。水布埡電廠機組PSTA2003機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)報警設定值監(jiān)測量特征值報警值（μm）一級報警動作時間（秒）二級報警動作時間（秒）上導X向擺度轉頻擺度值1X2706053060上導Y向擺度轉頻擺度值1X2706053060下導X向擺度轉頻擺度值1X2706053060下導Y向擺度轉頻擺度值1X2706053060水導X向擺度轉頻擺度值1X2706053060水導Y向擺度轉頻擺度值1X2706053060上機架X向水平振動轉頻擺度值1X1406028060上機架Y向水平振動轉頻擺度值1X1406028060下機架X向水平振動轉頻擺度值1X1406028060下機架Y向水平振動轉頻擺度值1X1406028060頂蓋X向水平振動轉頻擺度值1X1406028060頂蓋Y向水平振動轉頻擺度值1X1406028060

水輪發(fā)電機組振動評價標準

目前，世界上還沒有一個被普遍接受和采納的水電機組振動評價標準，我國現(xiàn)有標準也很不完善。多年來國際電工委員會（IEC）和國際標準化組織（ISO）雖已組織制定國際水輪發(fā)電機組的振動規(guī)程，且有關國家已先后提出了一些提案，但到目前為止尚未形成正式的國際標準，還需今后進一步研究。我國現(xiàn)行水輪發(fā)電機組允許振動值。序號項目額定轉速（r/min）<100100～250>250～375>375～750振動允許值（雙幅值）1立式機組帶推力軸承支架的垂直振動0.100.080.070.062帶導軸承支架的水平振動0.140.120.100.073定子鐵芯部分機座水平振動0.040.030.020.024臥式機組各部軸承垂直振動0.140.120.100.07水輪發(fā)電機組各部位振動允許值表

案例分析

水布埡電廠1-4#機組頂蓋振動情況分析報告（2012年3月）一、總體結論1、1-4#機組狀態(tài)監(jiān)測