石泉水电站机组在线监测系统设计方案.doc

石泉水电站机组监测系统设计方案 石泉水电站机组监测系统技术方案目录1 总则说明 12 测点配置 12.1 振动摆度测点 12.2 压力脉动测点 12.3 发电机空气间隙测点 22.4 能量效率测点 22.5 机组工况参数监测 22.6 其他参数监测 32.7 建议配置参数列表 33 系统构成 54 设备配置 14.1 传感器 14.1.1 传感器选型总表 14.1.2 键相和摆度传感器 14.1.3振动传感器 14.1.4 轴向位移传感器 34.1.5 绝对压力变送器 34.2 数据采集站 44.2.1 数据采集站设备配置 44.2.2 TN8000数据采集箱 44.2.4 TN8016传感器供电电源 74.2.5 工业液晶显示器 74.3 上位机设备及其它外设 94.3.1 状态数据服务器 94.3.2 WEB服务器 104.3.3 打印机 104.3.4 网络设备 104.3.5 时钟接收和时钟同步系统 105 系统功能 115.1 振动摆度监测分析 115.1.1 实时监测 115.1.2 稳态数据分析 115.1.3 过渡过程数据分析 115.2 压力脉动监测分析 125.3 能量特性监测分析 125.4 基于工况的报警和预警功能 125.5 数据管理和事故追忆 135.6 故障诊断专家系统 155.7 性能试验 165.7.1 甩负荷试验 165.7.2 启停机试验 165.7.3 变负荷试验 165.7.4 动平衡试验 175.7.5 盘车试验 175.7.6 效率试验 175.7.7 不稳定负荷区试验 175.8 性能评估 185.9 运行支持系统 195.9.1实时报警信息 195.9.2 事件处理平台 195.9.3 优化运行 195.9.4 运行工况统计与累计运行时间 195.10 检修支持系统 195.10.1 检修评价与量化分析 205.10.2 定期状态评价与故障巡检 215.10.3 故障分析诊断 215.11 状态报告自动制作 215.12 远程分析与诊断 235.13 Web化方式监测 235.14 数据通讯功能 235.15 GPS对时功能 235.16 系统其他功能 246 机组监测系统和其他系统的连接方式 246.1 机组监测系统与计算机监控系统的连接 246.2 机组监测系统与时钟同步系统的连接 246.3 机组监测系统与MIS系统的连接 257 设备配置清单 268 费用概算 29石泉水电站机组监测系统技术方案1 总则说明 本技术方案是专为石泉水电站所作,涉及机组监测系统的测点选择、传感器选型、设备配置、系统结构、系统功能等等。

2 测点配置 针对石泉水电站水轮发电机组,机组监测系统监测参数应包括机组的振动、摆度、压力脉动、发电机空气间隙、能量效率以及机组工况参数等等2.1 振动摆度测点 振动是水轮发电机组较为常见的现象,较大的振动直接影响着机组的安全运行,因此它是评定机组运行性能的一个重要指标 摆度测点:应分别在机组上导、下导、水导轴承的径向设置互成90°的2个测点,3组测点方位应相同 振动测点:应分别在上机架、下机架和顶盖处,设置2个水平振动测点,水平测点应互成90°;在上机架、下机架(承重机架)和顶盖各设置1个垂直振动测点 轴向位移:为监测机组轴向位移和轴向振动情况,建议配置1个轴向位移测点 键相测点:每台机组必须设置一个键相测点 2.2 压力脉动测点 水轮机压力脉动,尤其是尾水管涡带引起的水压脉动,是混流式水轮机普遍存在的现象,它在较大程度上决定着水轮机的稳定性因此加强对大型混流式水轮机压力脉动的监测,对了解水轮机状态、优化机组运行和指导机组检修都是非常必要的 对压力脉动进行监测的目的是为了分析压力脉动对机组稳定性的影响,过大的压力脉动将引起有害的机组振动、噪音,转轮区过大的压力脉动还会直接导致转轮裂纹,威胁机组的寿命。

因此,压力脉动测点应选择在对机组稳定性传递比较直接、对机组危害比较严重的位置 针对石泉水电站混流机组,每台机组建议配置:蜗壳进口设置1个、顶盖与转轮间或导叶与转轮间设置1个、尾水管进口设置1个具体要根据电站测压管路的实际布置情况确定 压力脉动测点应尽可能地靠近取压口,不能位于压力均压管上,且应尽可能与模型试验测点相对应建议压力脉动测点和水力量测用的压力测点分开设置2.3 发电机空气间隙测点 水轮发电机定子与转子之间的空气间隙由于制造质量、安装工艺等因素,还有运行时定转子结构部件受到电磁力和离心力的作用,设计选定的气隙值在机组安装、试运行以后往往会发生变化不均匀的气隙将直接影响发电机的电气特性和机械性能的稳定通过监测发电机定、转子间空气间隙,可以及时掌握发电机运行过程中定子的变形趋势和大小,以及转子磁极的松动和结构变形;通过检查气隙不均匀性,可以检验发电机制造、安装和维修质量;由于气隙间隙不均匀会导致磁拉力不平衡,引起振动,故气隙监测还可作为机组振动监测的辅助分析工具因此对发电机气隙进行监测具有重要的实际应用价值目前,发电机气隙监测已经成为水电机组监测系统的一个重要组成部分,已有成熟实用的产品,在我国大中型水电机组上有广泛的应用。

对于石泉水电站45MW机组,不建议配置气隙监测测点如经费允许,则每台机组可配置4个传感器,安装在发电机定子上部,周向均匀分布2.4 能量效率测点 通过实时监测机组的能量和效率,可以随时掌握和评估机组的能量特性,优化机组运行 能量效率需要监测的参数有机组过水流量、净水头和负荷负荷建议从其他变送器的4-20mA信号输出获取,净水头则需布置1个测点主要难点在于水轮机流量的准确测量,通常有两种手段可用于流量的监测,即蜗壳差压计和超声波流量计,但这两种方法的测量误差均较大,所以,监测水轮机的绝对效率是比较困难的通常将蜗壳差压引入机组监测系统,可实现监测水轮机的相对效率变化 能量效率所需的蜗壳差压测点和水头测点根据需要确定是否配置2.5 机组工况参数监测 为监测机组各导轴承、推力轴承和发电机运行状态,机组监测系统还需要监测各轴承瓦温、油温、油位、定子温度等参数由于上述参数均已引入电站计算机监控系统,建议机组监测系统通过通讯方式从监控系统获取 由于机组的状态与机组运行参数息息相关,所以,机组监测系统还应该引入机组工况参数,如有功功率/无功功率、导叶开度、励磁电流/电压、水头、发电机出口开关、励磁开关等。

需要注意的是,上述机组工况参数尽量采用4~20mA信号和开关节点信号,不建议采用通讯方式从监控系统获取,以确保机组监测系统各参数的同步性和实时性,更能准确评价机组的综合运行特性2.6 其他参数监测 机组监测系统可以根据需要以通讯方式或4~20mA方式从现场其他监测仪表或装置获取相关参数,以更全面监测机组各部件状态2.7 建议配置参数列表序号 测 点单机数量 传感器类型 备 注1 键相 1 电涡流位移传感器 2 上导X、Y向摆度 23 下导X、Y向摆度 24 水导X、Y向摆度 25 轴向位移 16 上机架X、Y向水平振动 2 低频速度传感器 7 上机架垂直振动 18 下机架X、Y向水平振动 29 下机架垂直振动 110 水轮机顶盖X、Y向水平振动 211 水轮机顶盖垂直振动 112 定子机座X、Y向水平振动 213 定子机座垂直振动 114 蜗壳进口压力脉动 1 压力变送器 根据测压管路的实际布置情况,建议适当增加压力脉动测点15 顶盖与转轮间压力脉动 116 尾水管进口压力脉动 1 除上述测点外,为了对机组的运行状态进行全面监测分析和评价,需要接入以下参数:序号 通道名称 单机数量 信号来源 备 注1 有功功率 1 模拟量输入 4~20mA2 励磁电流 1 模拟量输入 3 导叶开度 1 模拟量输入 4 机组出口开关 1 开关量 开关节点5 励磁开关 1 开关量 6 上下游水位 2 与监控系统通讯 通讯7 无功功率 1 与监控系统通讯 8 励磁电压 1 与监控系统通讯 9 定子三相电流 3 与监控系统通讯 10 定子三相电压 3 与监控系统通讯 11 上导轴承瓦温/油温 待定 与监控系统通讯 12 下导轴承瓦温/油温 待定 与监控系统通讯 13 水导轴承瓦温/油温 待定 与监控系统通讯 14 推力轴承瓦温/油温 待定 与监控系统通讯 15 空冷器进/出风温度 待定 与监控系统通讯 16 定子线圈/铁芯温度 待定 与监控系统通讯 3 系统构成 石泉水电站机组监测系统由传感器、数据采集单元、服务器及相关网络设备、软件等组成。

系统采用分层分布式结构,按层次划分为电站层(上位机系统)和现地层两级电站层设备包括:状态数据服务器、WEB服务器、网络设备等;现地层设备包括:机组现地监测数据采集单元、各种传感器、通讯接口、附件设备等电站级设备和现地级设备之间采用以太网联网,网络介质为光纤由于机组监测系统与MIS系统属于两个不同的安全区,为满足国家电监会颁布的第5号令《电力二次系统安全防护规定》要求,系统需配置一套单向网络隔离装置,安装在状态监测系统与MIS系统之间 每个水电站的所有机组共用一套上位机系统,布置在计算机室 每台机组现地层设备设一个数据采集站,每个数据采集站设备集中组屏,集成在1面标准控制盘内,布置在主厂房发电机层相应机组段数据采集站负责对机组的振动、摆度、压力脉动、机组工况参数及其他参数进行数据采集、处理、分析,以图形、图表、曲线等直观的方式在计算机屏幕显示器上显示,同时对相关数据进行特征参数提取,得到机组状态数据,完成机组故障的预警和报警,并将数据通过网络传至状态数据服务器,供进一步的状态监测分析和诊断 状态数据服务器用于存储和管理从各数据采集箱传送过来的机组实时状态数据、历史状态数据及各特征数据。

由于所监测机组的所有状态数据均需存储在状态数据服务器中,因此状态数据服务器应该选用高性能大容量的服务器在状态数据服务器上可实现对机组状态的监测、分析与诊断 为实现与MIS网上的数据发布和访问,系统还需要配置1台WEB服务器,安装在单向网络隔离装置的外网WEB服务器需要存储与状态数据服务器同样的数据,因此同样需要选用高性能大容量的服务器 通过WEB服务器,系统Internet网实现与北京华科同安公司的水电机组远程诊断中心连接,实现基于Internet网的实时监测与远程分析诊断 系统网络图见图1,设备布置图见图2 4 设备配置4.1 传感器。