【摘要】随着工业的快速发展和科技的不断进步，各种旋转机械的数量不断增多，尤其是电力工业领域中的水轮发电机组无论是在数量和单机容量都在快速稳定的增长。因此，对运行中的设备进行振动摆度的实时监测，建立设备的预警机制，保证大型旋转设备的安全、可靠、经济运行变得至关重要。
【关键词】水轮发电机组；振动摆度；传感器；监测
1、电站概况
新疆阿勒泰柯赛依水电站位于支流塔斯特布拉克与支流拉斯特之间的苏木达依列克河中游，太达雷克木材检查站上游约6.1km处的“S”型河段上。坝高108米，水库正常蓄水位1170米，总库容9757万立方米，调节库容为3873万立方米。电站共装设2台50MW混流式水轮发电机组，联合运行多年平均发电量约每小时3.32亿千瓦，年利用小时约3322小时。
2、振动摆度监测的意义
由于水轮发电机组部件庞大、构造复杂，设备运行时不可避免地存在着不同程度的振动与摆度，其表现形式与普通动力机械相比，更具复杂性。机组在运行过程中出现故障是随机的，设备发生故障前都有一些不同于正常状态的特征信号，有很多原因都可能造成机组振动摆度过大甚至超标，而振动摆度伴随着机械设备的运行而产生，同时振动摆度又是机械设备本身动力学特征的表征，因此对机组运行期间的振动和摆度的监测显得极为重要，采用先进的传感器技术，采集设备的各种动态信息，对设备的振动摆度信号分析处理，可以得到设备的运行状态，并有此识别系统或设备的故障，从而找到对设备进行状态预知维修的时机和方法，为机组实行状态检修提供了有力的保障。既符合电站“无人值班，少人值守”的运行要求，也是满足了机组能够安全、稳定、经济、可靠的运行原则。为此电站设计配置了用于实时监测机组运行状态的振动摆度监测装置，由于机组振动摆度测点分布数量较多，宜采用多通道振动摆度监测装置，并参照以往设计经验和其他水电站现场使用情况，选择了TMS5100机组振动摆度监测装置。
3、系统构成
TMS5100机组振动摆度监测装置是北京华科同安监控技术有限公司专为企业各类旋转机械研制开发的在线状态监测分析保护系统。它结合了最新的计算机技术与单片机技术，具有传统的各类状态监测仪表不可比拟的优越性。装置硬件主要包括传感器部分、监测仪表部分及其他附件等几个部分构成，集采集、分析、存储、显示、报警于一体，同步对机组状态进行监测分析。安装在机组重要部位的传感器将振动摆度信号转化为电气信号，传送到监测装置的数据采集监测模块，系统处理模块则获取数据采集监测模块的采集数据，经过分析处理，得到反映水轮发电机组运行状态的各项特征参数，并通过人机界面显示系统形成的各种曲线、图表等，还能定期提供状态检查日志、状态发展趋势，并将数据存储为历史数据。为机组稳定分析诊断提供了有效、可靠的依据。
4、振动摆度测点分布
振动摆度测点的选择和分布数量是获取机组运行状态信号的关键，测点设计布置的合理性、准确性和测点数量的多少直接关系到振动摆度监测信号采集的真实性以及对机组运行状态判断的可靠性。根据柯赛依水轮发电机组的结构特点并结合电站的实际情况，选择了最能反映机组状态变化趋势的监测位置，并确定每台机组测点数量，具体布置情况详见表1。
5、传感器选型
5.1振动传感器选型 水轮发电机组中机架、顶盖等固定部件的振动的主要成分是转频甚至是低于转频的涡带频率，这些频率成分非常低，一般采用低频加速度传器测定。传感器参如下：①型号：MLS-9型；②灵敏度：8V/mm±5%；③工作频响范围：0.3～200Hz；④幅值非线性度：≤±5%；⑤量程：±1000μm；⑥供电电源：±12VDC、±24VDC。
5.2摆度传感器选型 对于水轮发电机组转动部件的摆度与轴向位移数值的测定，都选用非接触式的电涡流传感器，由于其长期工作可靠性好、响应速度快、抗干扰力强、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。传感器参如下：①型号：TR81型；②频响范围：0～10KHz；③测量范围：2～10mm；④幅值非线性度：≤±2%；⑤灵敏度：-8mV/μm±5%；⑤温漂：≤0.1%/K；⑥供电电压：-18V～-30VDC。
5.3传感器安装要求 用于振动测量的低频加速度传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。用于摆度、轴向位移测量的非接触式的电涡流传感器的安装，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支架，使传感器安装后支架的固有频率元大于被测信号的最高频率。支架采用焊接方式固定在安装部位。
6、装置性能
6.1模块化结构 TMS5100机组振动摆度监测装置采用插入式模块化结构，共有8个槽位，每个槽位可配双通道监测功能模块，可容纳16路状态监测信号输入。这个装置由系统模块、电源模块、监测模块、存储模块以及人机界面等组成。根据机组振动摆度传感器的布置数量，需要配置摆度监测模块4块，振动监测模块2块。
6.2人机界面 采用彩色液晶屏显示，具有棒状图、曲线、数字等多种显示方式，可同时显示机组信息、采集时间、通道名称、传感器状态、通道报警状态等多种信息。
6.3软件组态 设置组态灵活，任意通道的量程、灵敏度、报警值、报警延时时间、报警逻辑、零点位置等均可由用户通过屏幕菜单来设置。
6.4可靠保证 系统保护功能由功能块独立完成，与系统模块完全分开；各模块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；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；
6.5数据管理 内置带掉电保护的大容量存储模块，确保能提供完整、详尽的数据供分析诊断。数据管理有序，查询方便，具有检索功能，为事故提供有力的分析手段。
6.6分析功能 具有趋势分析、事故追忆、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。
6.7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。
6.8输入信号 任一通道可接受来自涡流传感器、速度传感器、等其他标准信号输入。
6.9输出信号 每个通道都能提供DC 4～20mA模拟量信号输出，报警逻辑与报警动作延迟时现场可调，对每个测点提供2级独立的报警输出信号，用于参与机组自动化控制。
7、总结
柯赛依水电站机组振动摆度监测的设计与配置充分参考了相关行业标准，并结合了机组形式及远程监测等技术要求，选用成熟的振动摆度监测装置，对于帮助电站掌握机组的运行状态，早期诊断常见的机械故障等具有重要的现实意义。该装置还具有良好的扩展功能和系统升级功能，以不断满足水电站运行管理的需要。
参考文献
[1]《GB/T 11805-2008 水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件》
[2]《GB/T 28570-2012 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则》