抽水蓄能机组振动和脉动现场测试规程

抽水蓄能机组振动和压力脉动现场测试规程范围本文件规定了抽水蓄能机组振动和压力脉动现场测试的一般要求、测试设备、测试项目、测试工况、测试方法、数据分析、结果评价、测试报告等。本文件适用于抽水蓄能机组振动和压力脉动的现场测试。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T15613水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验GB/T17189水力机械（水轮机、蓄能泵和水泵水轮机）振动和脉动现场测试规程GB/T28570水轮发电机组状态在线监测系统技术导则GB/T32584水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1主频f1mainfrequency频谱中幅值最大的振动/压力脉动频率，单位为Hz，相应幅值为Af1。3.2转频frrotationalfrequency旋转机械的转动频率，单位为Hz。[来源：GB/T17189-2017，3.1.1.8]3.3峰峰值peaktopeakvalue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。本文件中的峰峰值是指：相应测点指定时段范围内的离散采样数据双侧分位数点对应的两个数代数差的绝对值，常称混频幅值或通频幅值。分位数常设定为1.5%与98.5%或2.5%与97.5%。注：工程实践中，分位数为1.5%与98.5%时常称97%置信度，分位数为2.5%与97.5%时常称95%置信度。3.4振动位移vibrationdisplacement振动质点偏离参考平均位置的距离，单位为μm。[来源：GB/T17189-2017，3.1.2.1]3.5振动速度vibrationvelocity振动质点运动的速度，等于位移对时间的一阶导数，单位为m/s，工程中常用mm/s。[来源：GB/T17189-2017，3.1.2.2]3.6振动加速度vibrationacceleration振动质点运动的加速度，等于速度对时间的一阶导数或位移对时间的二阶导数，单位为m/s2。[来源：GB/T17189-2017，3.1.2.2]一般要求抽水蓄能机组符合下列条件时应做振动与压力脉动现场测试：依据振动与压力脉动划分机组稳定运行区；机组出现异常振动与噪声，确定激振源；其它情况。测试单位应具备国家、行业认可的试验检测工作机构资质。测试人员应熟悉测试实施方案，以及人身、设备、系统安全事项。测试前应完成测试大纲的编制、审核与批准工作。测试大纲应包括测试目的、测试项目、测试参数、测试步骤、测试仪器仪表及安装位置、测试数据处理方法、测试结果的有效性判据、安全技术措施、组织机构、各单位责任与分工、过程危险点与应急处理方案等内容。测试应采用数字化仪表以及基于计算机技术的数据采集、分析方法。宜采用预试验对安装后传感器有效性、数据采集系统可靠性、测试大纲可行性进行验证。当测试结果用于评价机组性能时，除被测试机组外的同一水力单元内其它机组宜处于静止状态，且主进水阀全关、主进水阀工作密封投入。测试设备测试仪器仪表应满足附录A要求，且在检定或校准有效合格期内，其中非接触式位移传感器应根据被测部位材质进行检定或校准。数据采集系统数据采集系统模数转换位数应不低于16位。数据采集系统应具备抗混叠滤波功能。振动数据采集系统宜具备整周期采样和周期采样两种模式。稳态工况测试时宜采用整周期采样方式，暂态工况测试时宜采用连续周期采样方式。当振动与压力脉动同时测量时，宜同步采集。测试项目与测试工况应根据测试目的确定振动与压力脉动测点布置，典型测点布置见附录B。测试项目宜包括以下测点：上机架、下机架、顶盖等固定部件振动；上导、下导、水导等导轴承位置处径向振动；蜗壳进口、无叶区、尾水锥管等过流部件压力脉动；其它。测试工况应根据测试目的确定被测机组运行工况。不同水头（扬程）及淹没深度下，推荐在以下稳态工况点进行机组振动与压力脉动现场测试：变转速工况。宜在50~100%额定转速工况区间选取3~5个点，转速稳定后采集振动各测点数据。空载变励磁工况。额定转速下，宜在25%、50%、75%和100%额定机端电压下采集振动各测点数据。水轮机负载变负荷工况。宜在非保证负荷区间选择3~5个负荷点、保证负荷区间选择6~10个负荷点采集各测点振动与压力脉动数据。抽水运行工况。宜在最低扬程、设计扬程和最高扬程工况点下采集各测点振动与压力脉动数据。调相运行工况。暂态工况，包括：机组开停机过程、负荷增减过程、甩负荷、水泵断电、工况转换等。水力干扰工况，当多台机组安装于同一水力单元时，宜采用通过振动与压力脉动现场测试，确定机组之间干扰情况。稳态工况下测量时，功率变化不应超过平均值的±1.0%，水头/扬程不应超过平均值的±0.2%，转速变化不应超过平均值的±0.2%，机组发热部件温度变化在1h内不超过2.0K。测试方法传感器选择固定部件振动测试时，传感器类型宜根据机组转速确定，额定转速小于或等于300r/min的机组，振动测量宜采用低频速度传感器测量振动位移；额定转速大于300r/min的机组，应采用速度传感器测量振动速度。测试时，可根据需要或振动部位所含频率范围分别测量振动位移、振动速度、振动加速度，或同时测量两种振动量。主轴径向振动测试时，传感器宜选用非接触式位移传感器。靠近发电电动机磁极引线位置处不应选用电涡流型位移传感器，宜选用电容式位移传感器。位移、速度等物理量宜采用能够直接输出该物理量的专用传感器进行测量。无专用传感器时，振动参数可采用传感器输出积分或微分得到，但在使用前应评估积分或微分后的偏差。传感器安装振动传感器安装应满足以下要求：振动传感器布置和安装不应影响机组安全可靠运行，所选位置应能反映被测部件振动特征；用于振动测量的接触式传感器应刚性连接于被测部件上，安装底座可根据传感器结构和尺寸确定，可采用焊接、粘贴、磁铁吸附等方式；安装在发电电动机转子上方有掉入转子风险的振动传感器底座不应使用粘贴方式固定；应有防止传感器松动脱落的措施。主轴径向振动传感器安装应满足以下要求：用于测量主轴径向振动的两个位移传感器应相互垂直（90±5°）共面安装，测量平面应垂直于轴线方向且不应与主轴振动节点重合；传感器探头与主轴外缘切线方向垂直偏差不应超过±5°；主轴测量表面光洁度不大于Ra1.6且无磁化现象；同一位置相邻两个电涡流位移传感器探头间距不应小于60mm。同一测量方向上，传感器探头安装位置在竖直方向投影角度偏差不应超过±5°；传感器探头中心与轴领间距不应小于14mm；用于固定传感器的支架固有频率不应低于被测信号最高频率的10倍，且不应出现共振现象；安装间隙宜为传感器线性量程的二分之一。压力脉动传感器安装应满足以下要求：压力传感器的工作压力应能保证在稳态工况下示值范围大于量程的1/3~1/2，满足被测流道中可能出现的最高压力或负压；压力脉动传感器测头宜与流道内侧齐平，当设置测压孔测量压力脉动时，测压孔应为圆柱形，孔径应为3mm~6mm，测压孔内应光顺，光洁度宜小于Ra12.5，测压孔长度L与直径d应满足1.5d≤L≤6d；当条件不具备时可采用具有足够刚度的引水管路测量压力脉动，引水管路的长度宜小于0.3m，引水管路应具有防止共振的可靠固定措施；应在引水管路最高位置处设置排气阀；不应采用软管与集流管测量压力脉动。键相传感器安装位置宜与某一测振方向一致。信号电缆选择与铺设应满足以下要求：应采用屏蔽电缆，并在采集仪端可靠接地；电缆使用前应检查是否存在短路或者断线情况；电缆两端应做好标记，并保持清晰、牢固；电缆沿途应间隔适当距离绑扎牢固；电缆走线应与旋转部件保持不少于0.5m的安全距离，避免碰撞；电缆不宜浸泡于油或水中，不宜穿越高压电缆，如需穿越应采取可靠的屏蔽措施；电缆穿越人行与检修通道时应做好防护措施。数据采样导叶开度（接力器行程）、转速（频率）、有功功率等机组工况参数应在测试时同步采集，并同步记录上、下库水位。主轴径向振动应同时测量直流和交流信号。压力脉动数据采集前应根据现场情况对测压管路进行排气。稳态工况测试时，数据采集时间不应少于1min；暂态工况测试时，数据记录中应保存不少于10个旋转周期或等效时长的稳定运行工况数据，且应至少包含半个上游调压井与下游调压井波动周期数据。数据采样时应采用抗混叠滤波器。抗混叠滤波器的截止频率应高于活动导叶数与额定转速频率乘积的2.56倍。数据采样频率不宜低于活动导叶数、转轮叶片数与转频的乘积。数据分析时域分析中，振动位移与压力脉动信号宜计算峰峰值，振动速度信号宜计算有效值。计算峰峰值、有效值前应采用技术手段滤除信号中0.1~0.2倍转频的低频成分；峰峰值计算方法可参见附录C。应对振动与压力脉动信号进行频谱分析。采用周期采样时，稳态工况频谱分辨率不应高于机组转频的1/4，暂态工况频谱分辨率不宜高于1Hz；采用整周期采样时，稳态工况频谱分辨率不应高于转速的1/8，暂态工况频谱分辨率不宜高于转数的1/2。宜根据运行标准允许的振动与压力脉动值，结合机组效率，绘制机组在全水头、全负荷范围内的稳定运行区、限制运行区、禁止运行区，以指导机组运行。结果评价变转速测试时应绘制机组振动测点转频幅值与转速的关系曲线。转频幅值与转速平方不应呈线性关系。空载变励磁测试时应绘制机组振动测点转频幅值与机端电压的关系曲线。转频幅值不应随机端电压增大而增大。负载变负荷工况、抽水运行工况和调相运行工况根据GB/T32584进行评价。单台机组同一运行工况下，主轴径向振动两个方向位移峰峰值不应有明显差异，同一部件两个方向水平振动或垂直振动位移峰峰值或速度有效值不应有明显差异。压力脉动评价宜根据设备技术要求进行评定。暂态工况下不应对机组产生有害振动与压力脉动。测试报告测试报告应包括测试单位、测试人员、测试概况、测试对象、测试设备、测试过程、测试结果与评价、结论与意见等内容，可参照附录D。

附录A（规范性）传感器要求A.1压力传感器性能指标不应低于下列参数：频响范围：0~1000Hz(-3dB)；线性范围：0~1.5倍工作压力；精度：≤±0.25%；温漂：≤0.1%/K；工作温度：-10~+60℃；线性度：≤±1%。A.2非接触式位移传感器性能指标不应低于下列参数：频响范围：0~1000Hz(-3dB)；线性范围：≥2mm；幅值非线性度：≤±5%；温漂：≤0.1%/K；工作温度：-10~+60℃。A.3低频速度传感器性能指标不应低于下列参数：频响范围：0.5~200Hz(-3dB)；线性范围：0~1mm；幅值非线性度：≤±5%；温漂：≤0.1%/K；工作温度：-10~+60℃。A.4速度传感器性能指标不应低于下列参数：频响范围：1~1000Hz(-3dB)；线性范围：0~100mm/s；幅值非线性度：≤±5%；温漂：≤0.1%/K；工作温度：-10~+60℃。A.5当采用键相传感器测量机组转速时，转速误差应小于±0.5r/min；当采用专用转速仪表测量机组转速时，仪表精度宜不低于0.2级，模拟信号变送时延不应超过1ms。A.6接力器行程传感器量程精度不应低于0.2级。A.7功率变送器精度不应低于0.2级。

附录B（资料性）测点布置B.1抽水蓄能机组振动与压力脉动测点布置可参照图B.1。图B.1振动与压力脉动动测点分布图B.2水力参数测点机组通流部件压力脉动测点宜与GB/T15613规定的模型试验测点一致，机组压力测点宜采用多点均压措施。水力参数测点包括下列测点：测点P1，位于主进水阀上游侧，当测量主进水阀前压力脉动时，应独立于主进水阀前压力测点；当测量主进水阀前压力时，宜采用环管将4个或等多个测点均压后测量；测点P2，位于蜗壳进口测压断面，当测量蜗壳进口压力脉动时，应独立于水头差压测点；当测量蜗壳进口压力时，宜采用4个或多个测点均压后测量；测点P3，位于蜗壳末端；测点P4，位于固定导叶间；测点P5，位于活动导叶与转轮叶片之间，水轮机工况额定导叶开度时，导叶出水边内切圆直径与转轮上冠外径之间的1/2处；测点P6，位于上止漏环外侧；测点P7，位于下止漏环与基础环间；测点P8，位于上止漏环内侧；测点P9，位于转轮下方（0.3~1.0）D2（D2为转轮下环与叶片连接处出水边直径），当测量尾水锥管进口压力脉动时，应独立于尾水锥管进口压力测点；当测量尾水锥管进口压力时，宜采用环管将4个或多个测点均压后测量；测点P10，位于尾水锥管1.0D2；测点P11，位于尾水肘管+Y方向；测点P12，位于尾水肘管-Y方向；测点P13，位于尾水管出口测量断面，当测量尾水管出口压力脉动时，应独立于水头差压测点；当测量尾水管出口压力时，宜采用环管将4个或多个测点均压后测量。除上述测点外，宜采用数据记录装置测录调压井水位压力波动情况。B.3振动参数测点宜包括下列测点（两个方向）：V1：上机架同一位置处径向与轴向振动；V2：下机架同一位置处径向与轴向振动；V3：定子基座轴向振动与高度2/3位置处的径向振动；V4：顶盖同一位置处径向与轴向振动；R1~R3：导轴承位置处相互垂直方向的主轴径向振动；R4：主轴轴向位移。B.4机组运行参数应记录下列测点：上、下库水位；有功功率；导叶开度/接力器行程；机组转速；工作水头/扬程；发电电动机断路器状态、主进出水阀开度等其它有关测试参数。B.5不同工况下抽水蓄能机组振动和压力脉动现场测量测点配置可参照表B.1。表B.1不同工况下测点配置测点名称变转速变励磁变负荷水泵工况调相工况暂态工况上导摆度▲▲▲▲▲▲下导摆度▲▲▲▲▲▲水导摆度△△▲▲▲▲主轴轴向位移△△△△△△上机架振动▲▲▲▲▲▲下机架振动▲▲▲▲▲▲定子基座振动△△△△△△顶盖振动△△▲▲▲▲主进水阀前压力P1△△△△△△蜗壳进口压力P2△△▲▲△▲蜗壳末端压力P3△△△△△△固定导叶间压力P4△△△△△△无叶区压力P5△△▲▲△▲上止漏环外侧压力P6△△▲▲△△下止漏环压力P7△△△△△△上止漏环内侧压力P8△△△△△▲尾水锥管压力P9△△△△△△尾水锥管压力P10△△▲▲△▲尾水肘管压力P11△△△△△△尾水肘管压力P12△△△△△△尾水出口压力P13△△△△△▲上、下库水位△△▲▲△▲有功功率△△▲▲▲▲导叶开度/接力器行程△△▲▲△▲机组转速△△△△△▲工作水头/扬程△△△△△△主进水阀开度△△△△△▲断路器状态△△△△△▲备注：标注▲为必测参数；标注△为选测参数。

附录C（资料性）峰峰值计算方法C.1时域峰峰值宜采用双侧分位数法确定，分位数值宜为2.5%和97.5%。C.2双侧分位数法计算时域峰峰值可采用下列计算流程：确定计算时段内数据{x1,x2,…,xn}；将时段内数据由大到小或由小到大依次排序，{y1,y2,…,yn}；确定上分位点和下分位数点对应的数值yα/2、y1-α/2；计算|yα/2-y1-α/2|的值作为峰峰值。C.3稳态工况下峰峰值计算所用的数据应不少于8个主频对应的周期，示例参照C.1。C.4暂态工况下振动峰峰值计算不应采用包含直流分量与交流分量的传感器直接输出信号，压力脉动峰峰值计算不应采用包含反应压力变化趋势信息与脉动信息的原始采样信号。应采用截止频率为0.1~0.2倍转频的高通滤波器对振动传感器与压力传感器直接输出信号中的趋势项进行抑制，再对处理后的数据计算峰峰值，计算时长选3~4个旋转周期或相应时间，平移步长宜为1个旋转周期或相应时间，示例参照C.2。图C.1稳态工况峰峰值计算方法图C.2暂态工况峰峰计算方法

附录D（资料性）测试报告测试报告宜包含以下内容：报告封面报告名称；测试单位；编写日期（年、月）。2)测试单位和人员承担测试的单位和负责人；测试参加人员；报告编写人；报告审核人；报告批准人。3)前言电站概况及测试简介；测试目的；测试组织；测试日期；附加说明。4)测试对象机组简要情况说明；机组主要技术参数及简图；测试期间有关操作和维护。5)测试依据的规程及与测试有关的技术协议（或技术保证）6）测试程序测试内容；测试工况；测试时间表；操作方式的说明。7)测试设备测量值目录；传感器位置示意图及安装说明；仪器说明，指明制造厂家、型号及出厂编号。仪器包括传感器、放大器、信号记录仪、监测系统、在线处理系统（如采用），仪器说明还应包括传感器的标定系数（如在现场标定，需说明标定过程），以及测量系统框图。8)测试结果各次测试的工况或条件表D.1；测试结果记录表，包括各工况下水位信息、负荷信息及相应测点峰峰值、主频等；测试结果的曲线；时域波形图，给出同一测点不同测试工况的时域波形（图D.1），同一测试工况的不同测点时域波形(图D.2)，同一测试工况下不同测点特征值趋势（图D.3），同一测点不同测试工况的谱阵图（图D.4），暂态工况下的时域波形图（图D.5），特征值变化趋势图（图D.6）及时频图（图D.7）等。9)测试结果的评价评价方法和计算方法说明；任一个测试工况评价或计算示例；评价和计算结果表，以及及说明评价结果的图。10)测试结果的讨论测试结果的分析；对机组不同运行工况的测试结果进行比较和评价；与模型脉动试验结果(如有)的比较。11)结论和建议结合测试目的、测试协议，根据测试结果与评价给出测试结论与意见。12）测量不确定度的评估与说明表D.1测试工况参数表基本信息电站名称机组编号测试日期测试信息时间hh:mm上库水位(m)下库水位(m)机组功率(MW)导叶开度(%)记录文件名备注注1：备注中可为机组流量、转速、调压井水位、环境温度等参数；注2：水位参数应为海拔高程。图D.1同一测点不同工况的波形图示例图D.2同一工况不同测量值的波形图示例图D.3变负荷工况下峰峰值趋势示例图D.4谱分析结果示例D.5暂态工况录波示例D.6暂态工况特征值分析示例图D.7暂态工况时频分析示例目录TOC\o"1-2"\h\z\u61861范围 1161312规范性引用文件 152243术语和定义 1155804一般要求 2302785测试工况 2275606测试要求 3145487数据分析 4211908结果评价 492809测试报告 5附录A9937（资料性）31569测点布置 6附录B26020（规范性）14820传感器要求 7附录C25455（资料性）5150峰峰值计算方法 9附录D22927（资料性）9333