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下桥水电站机组振摆监测系统的安装与应用

文档作者：孙强文档来源：广西龙江电力开发有限责任公司		点击数：	更新时间： 2024年06月05日
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收稿日期：2018 － 04 － 23
作者简介 ：孙 强 （1988 － ） ，男 ，助理工程师 ，主要从事 水电站运行维护管理工作。
E mail ：15807789115＠ 163.com
下桥水电站机组振摆监测系统的安装与应用
孙 强
（广西龙江电力开发有限责任公司， 广西河池547000）
摘 要： 详细介绍下桥水电站振摆在线监测系统的测点布置、传感器的选型安装及VRS8000 机组振摆监测系统的构成、
功能和特点。值班人员可根据在线监测系统数据及时发现设备隐患， 及时处理， 保证机组运行在最优工况。图1 幅， 表
1 个。
关键词： 水电站； 机组振摆；监测系统； 测点布置； 应用
1 概 述
下桥水电站位于广西柳江一级支流龙江河上
游， 电站装机容量为2 × 25 MW ，主机采用
HLA551C — LJ — 275 型立式混流式水轮机和SF25 —
30／5500 型发电机， 设计水头43.5 m ，额定转速为
200 r／min ，在广西电网中担任调峰作用。
水轮发电机组的振动是反应机组运行好坏的一
个重要参数， 随着“无人值班（少人值守）” 的远
方监控运行模式不断推进以及南方区域“两个细
则” 中有关加强水电机组振动区管理的文件要求，
必须完成对机组振动摆度的在线监测， 使运维人员
及时了解机组振动变化情况， 以便做出相应处理。
为此， 下桥水电站于2015 年选用安装了某公司
VRS8000 型振动摆度监测系统。经过两年多的现场
运行情况来看， 达到了安装的目的。
2 测点布置的选择
测点数量和位置的布局是获取机组振动检测信
号的关键环节， 是振摆在线监测系统方案设计的重
点工作， 其布局的合理性直接影响信号采集数据的
真实与否。
从数据测量的角度， 布置的测点越多数据采集
的可靠性、准确性越好， 但从经济和运维便利性的
角度出发， 测点应尽可能的少。所以， 在满足状态
监测兼顾运维巡视便利性的基础上， 对测点进行优
化， 是测点设置的基本原则。
根据电力行业标准《水轮发电机组振动监测装
置设置导则》（DL／T 556 — 1994） 的要求， 结合下
桥电站混流式机组的结构特点和多年运行经验， 选
择了有代表性、能反映机组运行状态变化趋势的监
测点（见表1） 。
表1 下桥水电站振摆系统测点布置
序
号
测点
名称
数量
传感器
类型
备 注
1 键相 1 转速传感器 2 上导摆度 2 电涡流传感器 2 个测点互成 90° 径向布置（ ＋ X 、
＋ Y 布置）
3 下导摆度 2 电涡流传感器 2 个测点互成 90° 径向布置（ ＋ X 、
＋ Y 布置）
4 水导摆度 2 电涡流传感器 2 个测点互成 90° 径向布置（ ＋ X 、
＋ Y 布置）
5 上机架
水平振动
1 低频振动传感器
6 下机架
水平振动
1 低频振动传感器
7 顶盖
垂直振动
1 低频振动传感器
8 顶盖
水平振动
1 低频振动传感器
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小水电 2018 年第4 期（总第202 期） 技术交流
万方数据
3 传感器选型与安装
3.1 传感器选型
水电机组中机架、顶盖等固定部件振动的突出
特点是频率低， 其主要频率多在0.5 ～ 5 Hz 范围
内，高频分量及工频振动也在100 Hz 以内， 这就
要求传感器要有较好的低频特性。一般采用有良好
的可靠性、灵敏度、线性范围和稳定性能的低频速
度传感器测定。
机组的摆度其本质就是相对位移的变化， 对机
组摆度的测量就是对位移的测量。市场上位移传感
器种类较多， 但应用于旋转机械摆度测量方面主要
是电涡流位移传感器。电涡流位移传感器能动态、
非接触、高线性地测量被测金属导体与探头端面的
相对振动位移， 如轴向位移、转速等； 且因结构简
单、抗干扰能力强、非接触测量无磨损， 能在油、
水、气等环境中长期连续工作。
3.2 传感器安装
（1） 振动传感器的安装
用于振动测量的低频速度传感器应刚性连接在
被测部件上， 根据传感器的结构和尺寸设计安装
座。安装底座采用焊接方式永久固定在安装部位，
对于不宜焊接的部位采用粘贴或螺纹方式固定。振
动传感器分水平和垂直两种， 安装时不可混淆。
（2） 摆度、键相传感器的安装
摆度、键相传感器是非接触测量， 应根据机组
被测部位结构和传感器结构的特点， 设计相应的有
足够刚度的传感器延伸支架。支架采用焊接方式固
定在安装部位， 使传感器安装后支架的固有频率远
大于被测信号的最高频率， 否则会测量不准确。其
中， 键相传感器通过贴在大轴上面的贴片进行转速
测量， 巡检时要注意检查贴片应不能脱落。
（3） 为了便于振动原因分析， 传感器安装时还
应遵循以下原则
① 对同一测项设置两个传感器的， 按同一水平
面互成90°角布置。不同水平面布置的传感器， 应
在同一垂面上， 如上导摆度、水导摆度、机架垂直
振动布置传感器时， 要么按＋ X ， ＋ Y 布置， 要么
按＋ X ， － Y 布置； 依次类推， 保证布置的传感器
都在同一个垂面上。
② 振动相位是分析振因的一个重要参数， 具有
分析功能的振摆系统都应设置测量机组转速的键相
传感器； 该传感器可安装在任一方位上， 但为了计
算方便，一般设置在测量传感器所在的某一垂面上。
4 系统的结构、功能和特点
4.1 系统的结构
下桥水电站2 台机组配置1 套VRS8000 振摆系
统，1 个标准机柜， 机柜内安装1 个高速智能数据
采集箱、1 个显示器、线缆若干（见图1） 。
图1 下桥水电站振摆系统网络拓扑图
4.2 系统功能和特点
VRS8000 机组振摆在线监测系统主要包括传感
器、数据采集箱、电源系统和分析软件， 其中传感
器由探头、延伸电缆、前置器和附件四部分组成，
完成振动摆度源信号的滤波和放大后通过多芯屏蔽
电缆进入数据采集箱各功能采集板， 由数据采集箱
进行数据分析处理和故障诊断， 并越限报警。同
时， 通过以太网络将各数据传送到上位机供人员监
测、分析用。
主要功能和特点如下：
（1） 模块化结构。除必要的公共模块外（1 块
主板、1 块接口板、1 块存储板） ， 有9 个插槽可用
于自由配置测量模块（键相板、振动／摆度采集板，
压力脉动板模拟量输入板、模拟量输出板、开关量
板） 。
（2） 人机界面友好。采用彩色液晶触摸屏显
示， 中文Windows 操作界面， 应用方便， 具有棒状
图、曲线、数字多种显示方式， 画面丰富直观。
（3） 软件组态灵活。任意通道的量程、灵敏
度、报警值、报警延时、报警逻辑等均可通过屏幕
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技术交流 SMALL HYDRO POWER 2018No.4 ， Total No.202
万方数据
中文菜单来直接设置， 方便快捷。
（4） 数据管理。内置大容量存储模块， 确保足
够的存储空间， 数据管理有序， 查询方便， 省去频
繁备份数据的麻烦。
（5） 分析功能。具有趋势分析、预测状态发展
趋势， 提供趋势预报功能等功能， 可方便地计算某
一时间段任一通道的最大值、最小值、平均值、报
警次数和累积报警时间等。
（6） 保护功能。各模块上具有上电抑制和断电
保护功能， 保证系统电源丢失或系统重新上电时继
电器不误动作。各模块每路都有独立的电源输出，
每路电源具有过流过载保护功能， 不必为接传感器
时电源短路而担心。内置系统自检和通道自检功
能，确保系统故障或传感器线路故障时继电器不
误动。
（7） 输入输出信号。任一通道可接受来自涡流
传感器、速度传感器、标准的模拟等多种信号。每
路均有4 ～ 20 mA 输出、缓冲输出和报警继电器输
出， 报警逻辑和报警动作延时可自行设定。
（8） 网络通讯。提供以态网、串口连接和USB
接口， 采用标准通讯协议， 方便数据交换、备份。
5 应用情况
下桥水电站的2 台机组共用安装了1 套
VRS8000 型振摆系统。两年来， 系统能稳定、可靠
实时在线工作， 测量数值准确， 省去了用百分表测
量的许多麻烦； 并经以太网与上位机进行通信， 为
运行掌握2 台水轮发电机组的振动摆度特性提供了
较详细、准确的数据， 使机组尽可能避开振动区运
行， 对机组的故障做出正确的判断。
5.1 通过突变的数据报警反映机组运行状态
2016 年7 月17 日晚班， 1 号机组正常运行中
发出一声较大异响， 负荷由25.2 MW 下降至
24.6 MW 。通过上位机查看1 号机组振摆数据不同
程度有所增大， 其中水导数据增幅最大， 摆度由
0.28 mm升至0.46 mm ，顶盖水平振动由15 um升至
32 um ，且水导瓦温上升了3.2 ℃ 。值班员迅速到1
号机水车室和1 号机尾水管处检查， 发现水车室内
存在较大声响及振动， 结合振摆在线数据初步判断
可能是水导、转轮相关部件有异常， 立即汇报值班
领导并申请中调停机。18 日零点， 打开蜗壳进人
孔检查发现转轮室内卡有1 根1 100 mm × 200 mm的
木头， 因而使机组水导摆度及顶盖振动突增。
5.2 根据振动区的分布， 合理申请机组负荷区间
通过振摆系统历史数据曲线查询和人工测量比
对， 下桥2 台机组在11 ～ 13 MW附近的振动摆度数
值偏大一些， 运行值班尽量申请中调减少机组在此
负荷区间运行， 以减少机组在不合理的负荷分配区
间运行所带来的振动损失， 增加机组的可靠运行时
间， 提高电站的经济效益。
6 结 语
下桥水电站机组振摆在线监测系统的安装， 考
虑了机组形式、测点布置及设备选型等技术要求，
通过两年多的运行实践， 实现了机组振动摆度的在
线监测， 提升了电站自动化管理水平， 达到了预期
的目的， 为同类型机组的选配、安装提供了一定的
参考。
参考文献：
［1］ DL／T 556 — 1994 ，水轮发电机组振动监测装置设置导 则［S］ .
［2］ 王玲花.水轮发电机组振动及分析［M］ ，郑州，黄河水
利出版社，2011 .
［3］ 李延频，李明堂，等.水轮发电机组振动分析及处理
［J］ ，水力发电，2008 ，34（6） ：67 69 .
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责任编辑 吴 昊
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小水电 2018 年第4 期（总第202 期） 技术交流

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