机组在线监测TN8000系统在乐昌峡电厂的应用

前言

乐昌峡电厂厂房属于地下引水式发电厂房，安装3台单机容量44MW的竖轴混流式水轮发电机组，1#机组2013年1月投产，2#、3#机组分别于2013年6月投产。水轮发电机组由哈尔滨电机厂有限责任公司制造，机组在线监测系统采用北京华科同安监控技术有限公司研发的TN8000机组在线监测系统。在机组投运两年的时间里，通过对水轮发电机组的振动、摆度、压力脉动、空气间隙、磁场强度等物理量的在线监测，记录机组在不同水头和负荷下各种运行工况的实测数据，经TN8000机组状态监测分析故障诊断系统，提供专业的诊断图谱，自动生成机组状态分析报告，结合电厂计算机监控系统进行通讯连接，让运行人员实时掌握机组运行状态，及时发现故障隐患，对故障原因、严重程度、及发展趋势做出判断，为机组试验及状态检修提供坚实的技术基础和决策参考，同时也可减轻了运行人员的劳动强度，优化机组运行，有利于保障机组安全经济运行。

1、系统结构及测点布置

1.1TN8000系统结构。乐昌峡电厂机组在线监测系统采用分层分布式结构，按层次划分为上位机系统和现地层两级，由传感器、数据采集单元、服务器及相关网络设备、软件等组成，系统网络图见图1。

1.2测点布置。机组测点布置情况：振动摆度压力脉动测点21个，发电机空气间隙测点4个，工况信号7个，各测点布置见图2。

2、系统功能

2.1振动摆度监测分析。TN8000系统可对机组进行实时监测和稳态及过渡过程数据分析。（1）通过对机组的振动、摆度以及相关的过程量参数进行实时处理，实时动态显示所监测的数据和状态，也可根据机组的结构特征设定预警值，越限即时报警。（2）采用各种手段，分析机组的稳态数据及在机组启停机、甩负荷、变励磁、变负荷等过渡过程中的变化情况。通过时域波形、频域分析、轴心轨迹图、多轴心轨迹图、空间轴线图、振动棒图等，分析监测量随时间的变化趋势及过渡过程的变化。

2.2压力脉动监测分析。TN8000系统监测过流部件的压力脉动，实时显示压力脉动的波形和频谱；分析压力脉动的频率成份以及压力脉动随工况的变化情况；分析各点压力脉动及其频域特性与导叶开度的关系。

2.3发电机气隙监测分析。TN8000数据采集箱通过对安装在发电机定子内壁的4个空气间隙传感器信号的采集处理，形成各种图谱，监控各磁极气隙变化趋势，分析判断异常情况或故障。（1）通过气隙图实时监测气隙及其发生的准确角度和磁极号、转子和定子不圆度等，评价发电机的制造、安装和维修质量；（2）通过趋势图、连续波形图、气隙-工况相互关系曲线等，分析开机过程、甩负荷、停机过程等工况下各参量及其所反映的发电机定子转子结构的变化过程，检验转子机械强度和定子热变形；（3）通过相同工况下的磁极形貌图比较监测运行中气隙监测参数及磁极形貌变化，及时发现转子磁极伸长现象。（4）通过分析气隙不均匀性规律，可辅助分析部分机组振动的异常原因。此外，TN8000系统还具备数据管理和事故追忆、机组性能试验及计算、数据通讯等功能。

3、应用情况

3.1为机组试验提供技术参考。3.1.1为机组过速试验检测安装质量性能提供参考。机组过速试验时TN8000系统实测数据与安装单位架百分表测量数据相对比，数据基本一致，机组振摆各项指标符合规范要求。

3.1.2为机组动平衡试验提供参考数据和精确的技术分析依据。乐昌峡电厂机组动平衡试验由广东电力科学研究院主导完成，试验设备采用德国申克公司生产的VibroTest60便携式动平衡测振仪及华科同安TN8000在线监测系统在机组空转及空载工况下进行了测试，通过测试数据及振动摆度时域波形图、频谱分析图进行分析，经两次计算、配重后，动平衡取得了非常理想的效果。配重前机组额定转速及空载工况下TN8000系统测得振动摆度时域波形图及频谱分析见图3。

3.1.3为机组甩负荷试验及振动区实测试验提供可靠信号数据。在机组甩负荷试验及振动区实测试验中TN8000系统能实时测得机组在不同的运行工况下导叶开度、转速、流量、水头以及有关参数都在随时间变化时，所引起机组振动、摆度、压力及压力脉动、压力上升率、转速上升率以及尾水管真空度瞬时变化情况，为机组的试验和安全稳定运行提供可靠的信号数据。3#机组甩100%负荷过程中的时域波形及峰值变化趋势见图4，1#机组43.9m毛水头下振动区实测试验有功24MW时振摆频谱分析见图5。

3.2为机组运行及维修提供技术指导

a）按照GB/T7894-2009《水轮发电机基本技术条件》、DL/T507-2002《水轮发电机组启动试验规程》、GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》中的要求，乐昌峡水电站机组各部位的振动值在各种稳定运行工况下不应大于90μm（双幅值）、摆度值不应大于255μm（双幅值）。TN8000系统按厂家经验值设定了各部位的振动、摆度报警值，振动一级报警值为110μm、二级报警值为200μm，摆度一级报警值为300μm、二级报警值为500μm。2013年8月1#机运行时水导-Y向摆度测得数值为320～360μm，装置长时间报一级报警，根据记录数据分析，水导摆度是在机组投产运行一段时间后摆度值由120μm左右逐渐增大的，下支架和顶盖振动值也有不同程度增大，期间机组运行工况基本一致（转速、励磁、负荷及水头没有发生变化），初步分析水机主轴可能存在弯曲，水导瓦间隙偏大造成。2013年12月1#机组年度检修，对机组轴系进行了全面检查，发现主轴法兰联轴螺栓个别有松动，水导摆度实测值最大为380μm（超出允许值）。通过对主轴连接调整，联轴螺栓按厂家要求预紧拉抻值，进行主轴找中心、盘车、轴瓦间隙调整（调整后水导最大摆度值为180μm，水导轴瓦最大双边总间隙340μm）。机组检修后各部件振摆数据明显改善，水导-Y向摆度降至78μm。b）樂昌峡机组汛期基本在毛水头45m附近运行，而非汛期则在50m附近运行，河道上游来水量较为不稳定，需经常调节机组发电负荷，机组运行工况经常改变。电厂投运初期，由于对机组的运行性能还不了解，防汛调度每天按河道上游来水量下达发电负荷曲线，机组经常处于振动区运行，TN8000在线监测系统测得振摆数据较大，并常报一级报警，偶尔有二级报警，运行人员及时调节负荷，减少机组振动。通过TN8000系统一年来记录的工况变化及振摆数据分析，已初步掌握机组在常态两种水头工况下运行的负荷稳定区，TN8000在线监测系统为机组的安全稳定运行提供可靠的信号数据及技术指导。目前机组已完成43.9m毛水头（低水头）下振动区实测试验所测数据与TN8000系统记录基本一致。

4、结语

TN8000机组在线监测系统投入使用至今，能实时监测机组的运行状态，及时发现机组存在的隐患和缺陷，为机组运行提供了可靠的分析与诊断，提高了水轮发电机组运行的可靠性和安全性。该系统应用在乐昌峡电厂，是实现“无人值班（少人值守）”管理模式的基础，值得推广给同类电厂。

（作者单位：广东省乐昌峡水利枢纽水力发电中心）

作者简介

林远航，男，广东阳江人，工程师，主要从事水电站机电设备安装与技术管理工作。