水布埡電廠狀態監測系統培訓課件水布埡電廠狀態監測系統培訓課件水布埡電廠狀態監測系統培訓課件

機組狀態監測系統采用北京奧技異電氣技術研究所研制的PSTA2003系統平臺，通過對水力機組的運行穩定性（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測，同時聯合計算機監控系統的監測信息，建立功能較為完備的跟蹤分析系統，提供報警、預警、狀態分析、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。表示振動的參數表示振動量的參數：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

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合體在其固有頻率下的壓力振蕩（脈動）狀態

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的時間Ts13頻率單位時間內周期量的循環次數，等于周期的倒數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差，正弦量的峰-峰值為振幅的兩倍，即2A△XPP機組狀態監測系統結構PSTA2003狀態監測系統由上下位機兩部分組成，上位機系統包括數據服務器、應用服務器和工作站，下位機系統由現地盤柜及其終端采集裝置和傳感器組成。PSTA2003狀態監測系統采用擴展的三層計算結構實現B/S模式的監測，按照計算邏輯將系統分為五層結構：現地數據獲取層、自動診斷業務層、后端數據服務器層、中間應用業務邏輯層、前段用戶層。PSTA2003狀態監測系統通過下位機實現現地監測，其信號采集及預處理系統還配有鍵盤、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；采樣后的數據將進行分析處理，提取特征參數，得到機組狀態數據，完成振動越線報警、預警功能、高速紀錄功能，最后將數據通過網絡傳至狀態數據服務器，供進一步的狀態監測分析和診斷。信號采集及監測單元內的程序還通過顯示器為現場工程師提供必要的界面顯示，以完成信號調試，狀態監測，參數設定，系統自檢等功能。基本要求及運行規定基本要求：不得任意調整傳感器的間隙、不得碰撞傳感器。禁止退出數據采集程序，若需退出時必須謹慎、以免造成數據丟失。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。運行規定：運行人員的系統控制權為：監視及分析。運行值班人員發現系統運行異常或報警信號，要立即匯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、實時監測實時狀態監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進行全面監測，并判斷監測信號是處于正常、分級報警或失效狀態。同時，通過機組布置圖及數值表監視可了解傳感器的整體布局、具體通道名稱、通道監測數據的值，使用戶隨時掌握機組當前運行狀態信息。實時監測畫面如圖：4、分析數據選擇分析功能是對系統采集到的機組狀態數據，一般指歷史數據，進行分析處理，從而得到一些反映機組運行狀態的特征參量，根據這些量的變化特點來判斷機組的運行狀態。數據的分類選擇。選擇的數據單元由工具欄右邊的選擇框決定。4.1穩態工況分析的數據選擇：4.2暫態工況分析的數據選擇：5分析工具使用數據分析工具欄如圖：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、擾動試驗等數據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,用所得到的離散數據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律，同時可提取出若干典型數字特征來描述其狀態，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據進行頻域分析的一種有效方法。當然也可以對穩態數據作階次比分析，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測系統以及動平衡工作中，相位是其中最重要的監測參數之一，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，在監測系統中，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），并且可以發現異常頻率成分。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據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。正常狀態時，軸心軌跡應是圓形。所以通過觀察、監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。可用于穩態工況及暫態工況的分析。5.8空間軸線空間軸線通過機組運行過程中（包括穩態運行或暫態過程）三部導軸承以及推力軸承狀態的動態運行過程來體現推力軸承在各負荷及轉速下的運行狀態。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態過程。5.10轉速級聯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圖可形象地展現旋轉機械振動信號頻譜隨上述各種參量的變化過程。實現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據而言的。事實上，極坐標圖也可以用來描述機組穩態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。只可用于暫態工況的分析。6、狀態報告通過對選擇不同時期的機組數據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：狀態報告配置相當于機組報告的資源管理器，實現對機組所有數據報告的管理和分類。分兩個部分。左方是狀態報告的樹型列表，右方是該層目錄下的所有資源。6.2特殊數據報告系統提供了一系列針對特殊目的的數據報告，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。監視、巡回檢查各傳感器及接線完好。系統運行正常，機組運行狀態穩定。系統各路電源正常、無報警、通道失效等信號。GPS時鐘同步運行正常。中控室數據服務器LCD畫面上的數據正常且刷新。振動監測數據未超標，無報警信號。水布埡電廠機組PSTA2003機組狀態監測系統報警設定值監測量特征值報警值（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電機組的振動規程，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。我國現行水輪發電機組允許振動值。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#機組狀態監測