水布垭电厂状态监测系统培训课件

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机组状态监测系统采用北京奥技异电气技术研究所研制的PSTA2003系统平台，通过对水力机组的运行稳定性（包括振动、摆度、压力脉动等物理量）、定转子空气间隙的在线监测，同时联合计算机监控系统的监测信息，建立功能较为完备的跟踪分析系统，提供报警、预警、状态分析、性能评价、故障诊断等一系列的工具和手段，为机组的安全运行、优化调度和检修指导提供有力的技术支持。

机械振动基础理论什么是机械振动？机械振动就是机械或机械部件的前后运动，一些部件前后运动或摆动就是在振动。机械振动可以呈现出各种形式，一个机械部件可能产生大位移或小位移的振动，快或慢的振动，可感知或不可感知的振动。表示振动的参数表示振动量的参数：振幅、频率、相位振动幅值：表征振动大小。一般用振动位移、速度或加速度表示。位移一般用微米（μm）表示，现场也经常用到道或丝作为单位，1丝/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。振幅一般是计算一段时间内振动波形的峰峰值、平均值和均方根值（有效值）等，振动速度的有效值又叫振动烈度，反映振动的能量大小。振动频率：表征振动原因。1X=1×rpm表示振动频率和机器的转速相同，0.43X=0.43×rpm表示振动频率是机器转速的43％。振动相位：表征振动方位。

序号术语定义符号单位1

振动vibrations机械系统相对于平衡位置随时间的往复变化

2

简谐振动simpleharmonicvibrations可用一项正弦函数表示的周期振动

3

复合振动compoundvibrations由几个简谐振动叠加而成的振动

4

常规振动normalvibrations由不平衡力和部分负荷时涡带压力脉动（混流式水轮机）等引起的振动

5

异常振动abnormalvibrations共振、自激振动、水体共振及其引起的强烈机械振动等的总称

6

共振resonances强迫振动中，激振频率及振动体固有频率相等时的振动状态

7

自激振动self-excitedvibrations在固有频率下的振动，由振动体本身的振动周期地从不具交变性质的能源（如有压液体）吸取能量，以维持振动体的振动

8

水体共振water-bodyresonances流道中的水体或水体及气体空腔联合体在其固有频率下的压力振荡（脉动）状态

9

压力脉动pressurepulsations在选定时间间隔Δt内液体压力相对于平均值的往复变化ΔH，kPa术语、定义、符号一览表

序号术语定义符号单位10压力脉动在选定的时间间隔△t内液体压力相对于平均值的往复变化△HPa11气隙电机定转子之间的空隙

12周期周期量的一个循环的时间Ts13频率单位时间内周期量的循环次数，等于周期的倒数fHz14主频振幅最大的振动/脉动频率，也称基频fbHz15转频旋转机械的转动频率faHz16振幅正弦量的最大值A

17峰-峰值一个量的最大值和最小值的代数差，正弦量的峰-峰值为振幅的两倍，即2A△XPP机组状态监测系统结构PSTA2003状态监测系统由上下位机两部分组成，上位机系统包括数据服务器、应用服务器和工作站，下位机系统由现地盘柜及其终端采集装置和传感器组成。PSTA2003状态监测系统采用扩展的三层计算结构实现B/S模式的监测，按照计算逻辑将系统分为五层结构：现地数据获取层、自动诊断业务层、后端数据服务器层、中间应用业务逻辑层、前段用户层。PSTA2003状态监测系统通过下位机实现现地监测，其信号采集及预处理系统还配有键盘、显示器、共享器、传感器电源箱等附属设备。电源箱为各种传感器提供直流电源，传感器和其它仪器的输出信号通过机柜内的接线端子，送到SPU2000信号采集及预处理单元中，信号采集及预处理单元完成信号的电气接口处理，电气隔离，抗混滤波，并完成所有信号的同步采样；采样后的数据将进行分析处理，提取特征参数，得到机组状态数据，完成振动越线报警、预警功能、高速纪录功能，最后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。信号采集及监测单元内的程序还通过显示器为现场工程师提供必要的界面显示，以完成信号调试，状态监测，参数设定，系统自检等功能。基本要求及运行规定基本要求：不得任意调整传感器的间隙、不得碰撞传感器。禁止退出数据采集程序，若需退出时必须谨慎、以免造成数据丢失。不得随意退出服务程序或删改该程序安装目录下的配置文件。运行规定：运行人员的系统控制权为：监视及分析。运行值班人员发现系统运行异常或报警信号，要立即汇报当班值长并通知维护人员检查处理。运行操作1、登陆点击图标进入Hsmart的登录界面。如图：2、主界面主界面如图：3、实时监测实时状态监测是本程序的基本功能。该模块的主要作用是对机组的运行状态进行全面监测，并判断监测信号是处于正常、分级报警或失效状态。同时，通过机组布置图及数值表监视可了解传感器的整体布局、具体通道名称、通道监测数据的值，使用户随时掌握机组当前运行状态信息。实时监测画面如图：4、分析数据选择分析功能是对系统采集到的机组状态数据，一般指历史数据，进行分析处理，从而得到一些反映机组运行状态的特征参量，根据这些量的变化特点来判断机组的运行状态。数据的分类选择。选择的数据单元由工具栏右边的选择框决定。4.1稳态工况分析的数据选择：4.2暂态工况分析的数据选择：5分析工具使用数据分析工具栏如图：5.1相关趋势分析趋势图是分析历史趋势的工具。它以时间为横坐标，以各通道的均值、峰峰值为纵坐标，显示其随时间的变化的趋势。是分析、预测历史趋势的工具。同时水电机组的动特性试验如：开机、停机、负荷试验、扰动试验等数据都可以由趋势图做出。相关趋势分析也需要进行一些附加操作，所以同轴心轨迹和空间轴线一样要进行控件配置。如图：5.2波形曲线时域波形是传感器信号经放大、滤波、Ａ/Ｄ变换等处理后,用所得到的离散数据作出的信号幅值随时间变化的图形或波形，这里的信号幅值可以代表位移、速度、加速度等物理量的大小。通过时域信号波形图，我们可以看到信号幅值随时间变化的规律，同时可提取出若干典型数字特征来描述其状态，如：最小、最大峰峰值，有效值等。如图：5.3阶次比分析阶次比图主要是针对机组升速或降速过程的时域数据进行频域分析的一种有效方法。当然也可以对稳态数据作阶次比分析，但这时的分析结果同功率谱分析没有大的区别。从阶次比图上，我们可以得到：基频幅值；各次谐波分量的幅值：2X,3X，4X等各阶倍频成分的能量；比较不同转速下的阶次比谱分析图，可找出随转速N变化较大的阶次分量，从而指导故障诊断。如图：5.4相位图分析在旋转机械监测系统以及动平衡工作中，相位是其中最重要的监测参数之一，而且在旋转机械振动测试中，相位具有特定的含义，它是指基频振动相对于转轴上某一确定标记的相位滞后。在动平衡工作中，它指明了加重或去重的方位角，在监测系统中，它可以帮助诊断机器故障。如图：5.5功率谱分析功率谱图是信号分析中常用的一种频域分析方法。它是将时域信号通过FFT变换展开成若干频率成分之和，从而分析信号的频率成分及各分量的能量大小(通过幅值来衡量)，从功率谱图上我们可以看出信号中的频率成分，各已知特征频率处对应的幅值（即相应时域信号中某频率成分的能量），并且可以发现异常频率成分。5.6轨迹分析轴心轨迹是在转轴轴承座上安装两个互成90度的电涡流位移传感器，将它们测得的时域数据直接或按特定要求作滤波处理后在XOY直角坐标系中作出轨迹图，这样得到的二维图形，称为轴心轨迹。正常状态时，轴心轨迹应是圆形。所以通过观察、监视转子的轴心轨迹可以得到以下信息：轴及轴承的同心度问题；可监测转子径向预载或外力的变化，以及碰磨情形等。5.7多轨迹分析是多个轴心轨迹的组合（按照时间）。功能及轴心轨迹相同。可用于稳态工况及暂态工况的分析。5.8空间轴线空间轴线通过机组运行过程中（包括稳态运行或暂态过程）三部导轴承以及推力轴承状态的动态运行过程来体现推力轴承在各负荷及转速下的运行状态。5.9瀑布图分析又称谱阵图、转速谱图，它是以时间、转速、负荷、功率或温度等参量作为第三维座标绘制的频谱曲线集合，取不同的第三维坐标绘制的瀑布图可形象地展现旋转机械振动信号频谱随上述各种参量的变化过程。它适用于有微小速度波动的稳态过程。5.10转速级联谱阵图分析又称谱阵图、时间谱图，它是以转速、时间、负荷、功率或温度等参量作为第三维座标绘制的频谱曲线集合，取不同的第三维坐标绘制的级联图可形象地展现旋转机械振动信号频谱随上述各种参量的变化过程。实现方法基本上及瀑布图相同，不同之处在于这里第三维坐标是时间，即一段时间内信号谱图随时间的变化情况，而且这里考虑的是机组的升、降速过程。5.11极坐标它是在极坐标下绘制的一系列振动矢量（典型为1X倍频），它是关于转轴转动速度的函数曲线，不同转速下的1X振动矢量的幅值和相角直接地被绘制在坐标平面中，相应的转子转速也在曲线上标出，极坐标图也可以绘制任何经滤波的振动矢量，如2X，3X，1/2X等矢量。该系统中所指的极坐标图分析，是针对起机升速或停机降速过程的数据而言的。事实上，极坐标图也可以用来描述机组稳态时某个倍频矢量随时间的变化情况。5.12波德图分析该控件的功能及极坐标一致。只是显示倍频矢量的方式不同。波德图通过平面坐标系。而极坐标选用的是极坐标系。只可用于暂态工况的分析。6、状态报告通过对选择不同时期的机组数据制作各种不同功能目的的机组报告，便于实验结果的保存。并可以将自动报告通过e-mail的方式在Internet中传播。6.1功能介绍如图：状态报告配置相当于机组报告的资源管理器，实现对机组所有数据报告的管理和分类。分两个部分。左方是状态报告的树型列表，右方是该层目录下的所有资源。6.2特殊数据报告系统提供了一系列针对特殊目的的数据报告，如性能报告、甩负荷报告、电磁拉力报告、推力轴承报告、主轴弯曲报告、盘车校验报告、质量平衡报告等。监视、巡回检查各传感器及接线完好。系统运行正常，机组运行状态稳定。系统各路电源正常、无报警、通道失效等信号。GPS时钟同步运行正常。中控室数据服务器LCD画面上的数据正常且刷新。振动监测数据未超标，无报警信号。水布垭电厂机组PSTA2003机组状态监测系统报警设定值监测量特征值报警值（μm）一级报警动作时间（秒）二级报警动作时间（秒）上导X向摆度转频摆度值1X2706053060上导Y向摆度转频摆度值1X2706053060下导X向摆度转频摆度值1X2706053060下导Y向摆度转频摆度值1X2706053060水导X向摆度转频摆度值1X2706053060水导Y向摆度转频摆度值1X2706053060上机架X向水平振动转频摆度值1X1406028060上机架Y向水平振动转频摆度值1X1406028060下机架X向水平振动转频摆度值1X1406028060下机架Y向水平振动转频摆度值1X1406028060顶盖X向水平振动转频摆度值1X1406028060顶盖Y向水平振动转频摆度值1X1406028060

水轮发电机组振动评价标准

目前，世界上还没有一个被普遍接受和采纳的水电机组振动评价标准，我国现有标准也很不完善。多年来国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）虽已组织制定国际水轮发电机组的振动规程，且有关国家已先后提出了一些提案，但到目前为止尚未形成正式的国际标准，还需今后进一步研究。我国现行水轮发电机组允许振动值。序号项目额定转速（r/min）<100100～250>250～375>375～750振动允许值（双幅值）1立式机组带推力轴承支架的垂直振动0.100.080.070.062带导轴承支架的水平振动0.140.120.100.073定子铁芯部分机座水平振动0.040.030.020.024卧式机组各部轴承垂直振动0.140.120.100.07水轮发电机组各部位振动允许值表

案例分析

水布垭电厂1-4#机组顶盖振动情况分析报告（2012年3月）一、总体结论1、1-4#机组状态监测