一种抽水蓄能机组振动监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种抽水蓄能机组振动监测系统，特别是一种抽水蓄能电站的机组振动监测系统。

背景技术：

截止到2016年底，中国风电累计装机量达到1.69亿千瓦，占全球风电累计装机的34.7％，为全球风电装机第一大国。随着大量的风电、核电等能源的并网，抽水蓄能电站的调节作用越来越重要，抽水蓄能机组的启停机、变负荷更加频繁，使得机组更容易发生故障。为确保机组的安全稳定运行，需要深入对机组振动特性进行研究，根据机组振动特性进行机组调节。

但是，由于抽水蓄能机组复杂的运行工况，其振动特性比常规水轮发电机组更加复杂，导致现有的振动监测方法无法准确全面的监测到抽水蓄能机组的真实振动情况(即运行状态)，振动监测的准确度不理想；进而导致无法很好的调节抽水蓄能机组，导致机组较易发生故障。因此，现有的抽水蓄能机组的振动监测系统存在着振动监测准确度不理想和机组较易发生故障的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种抽水蓄能机组振动监测系统。本实用新型在对抽水蓄能机组进行振动监测中，不仅能够提高振动监测的准确度，还能够减少机组发生故障的情况。

本实用新型的技术方案：一种抽水蓄能机组振动监测系统，包括计算机，计算机上连接有数据采集卡；数据采集卡上连接有第一信号调理器和第二信号调理器，第一信号调理器上连接有11个位移型低频速度传感器，第二信号调理器上连接有11个速度型低频速度传感器；所述11个位移型低频速度传感器分别设置于抽水蓄能机组的上机架的XYZ三轴方向、下机架的XYZ三轴方向、定子中部水平方向、定子上部垂直方向和顶盖的XYZ三轴方向上，11个速度型低频速度传感器的设置位置与11个位移型低频速度传感器的设置位置相同。

前述的一种抽水蓄能机组振动监测系统中，所述数据采集卡上还连接有转速传感器，转速传感器设置于抽水蓄能机组的主轴上。

前述的一种抽水蓄能机组振动监测系统中，所述数据采集卡上还连接有抽水蓄能机组的机组监控系统。

前述的一种抽水蓄能机组振动监测系统中，所述位移型低频速度传感器为接触式的惯性式位移型低频速度传感器。

前述的一种抽水蓄能机组振动监测系统中，速度型低频速度传感器为接触式的惯性式速度型低频速度传感器。

前述的一种抽水蓄能机组振动监测系统中，所述转速传感器为非接触式的转速传感器。

与现有技术相比，本实用新型设计了一种抽水蓄能机组振动监测装置，通过在抽水蓄能机组的上机架的X、Y、Z三轴方向、下机架的X、Y、Z三轴方向、定子中部水平方向、定子上部垂直方向和顶盖的X、Y、Z三轴方向共11个测点位置同时设置了位移型低频速度传感器和速度型低频速度传感器，通过11个位移型低频速度传感器和11个速度型低频速度传感器同时测量11个测点处的振动信号；通过位移型低频速度传感器检测中低频率振动信号，通过速度型低频速度传感器检测中高频率振动信号，全面采集抽水蓄能机组上各个位置的振动信号，并通过综合考虑振动位移信号的时域、频域特性和振动速度信号的时域、频域特性，能更好地实现对抽水蓄能机组振动的有效测试和分析，尽可能避免造成某一频率范围内的振动信息缺失，以便很好地获取机组真实的运行状态并进行调节，提高了振动监测的准确度，减少机组发生故障的情况。此外，本实用新型还设置了转速传感器来检测主轴转速，并设置了第一信号调理器和第二信号调理器分别对振动位移信号和振动速度信号进行调理，同时还利用抽水蓄能机组原有的机组监控系统，实时采集抽水蓄能机组的功率信号、导叶开度信号、上游水位信号和下游水位信号，通过计算机整合获得振动特征参数、主轴转速、抽水蓄能机组的功率信号、导叶开度信号、上游水位信号和下游水位信号后，再进行机组调节，进一步减少了机组发生故障的情况。因此，本实用新型在对抽水蓄能机组进行振动监测中，不仅能够提高振动监测的准确度，还能够减少机组发生故障。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理流程图；

图3是本实用新型的下机架X轴方向振动位移波形、频谱示意图；

图4是本实用新型的下机架X轴方向振动速度波形、频谱示意图。

附图中的标记为：1-计算机，2-数据采集卡，3-第一信号调理器，4-第二信号调理器，5-位移型低频速度传感器，6-速度型低频速度传感器，7-转速传感器，8-机组监控系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例一。一种抽水蓄能机组振动监测系统，构成如图1所示，包括计算机1，计算机1上连接有数据采集卡2；数据采集卡2上连接有第一信号调理器3和第二信号调理器4，第一信号调理器3上连接有11个位移型低频速度传感器5，第二信号调理器4上连接有11个速度型低频速度传感器6；所述11个位移型低频速度传感器5分别设置于抽水蓄能机组的上机架的XYZ三轴方向、下机架的XYZ三轴方向、定子中部水平方向、定子上部垂直方向和顶盖的XYZ三轴方向上，11个速度型低频速度传感器6的设置位置与11个位移型低频速度传感器5的设置位置相同。

所述数据采集卡2上还连接有转速传感器7，转速传感器7设置于抽水蓄能机组的主轴上；所述数据采集卡2上还连接有抽水蓄能机组的机组监控系统8；所述位移型低频速度传感器5为接触式的惯性式位移型低频速度传感器，可以采用德国申克的IN-081型电涡流传感器；速度型低频速度传感器6为接触式的惯性式速度型低频速度传感器，可以采用北京豪瑞斯的MLS-9型低频速度传感器(位移型)；所述转速传感器7为非接触式的转速传感器，可以采用北京豪瑞斯的MLS-9型低频速度传感器(速度型)。

转速传感器7安装在抽水蓄能机组的主轴上，将采集到的抽水蓄能机组主轴转速信号经数据采集卡2传输至计算机1内。11个-位移型低频速度传感器5分别安装在抽水蓄能机组的上机架三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、下机架三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、定子中部水平、定子上部垂直方向和顶盖三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向上，将采集到的抽水蓄能机组的上机架、下机架、定子和顶盖的振动位置信号输入第一信号调理器3内，第一信号调理器3将接收到的振动位移信号放大、滤波后经数据采集卡2传输至计算机1内。11个速度型低频速度传感器6同理安装，分别安装在抽水蓄能机组的上机架三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、下机架三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、定子中部水平、定子上部垂直方向和顶盖三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向上，将采集到的抽水蓄能机组的上机架、下机架、定子和顶盖的振动速度信号输入至第二信号调理器4内，第二信号调理器4将接收到的振动速度信号放大、滤波后经数据采集卡2传输至计算机1内。本实用新型中采用的抽水蓄能机组监控系统8为现有技术中已有设备，抽水蓄能机组的机组监控系统8将实时获得的抽水蓄能机组功率信号、导叶开度信号、上游水位信号及下游水位信号，经数据采集卡2输入至计算机1内。计算机1将接收到的转速信号、振动信号(振动位移信号、振动速度信号)、功率信号、导叶开度信号、上游水位信号及下游水位信号，与计算机1内预置的计算模型进行分析计算，以实现对抽水蓄能机组振动测试和分析，根据分析结果进行机组调节。

实施例二。对抽水蓄能机组进行振动测试，以获得机组在不同工况时的振动特性。该机组额定转速375r/min，转轮叶片数9，导叶数20，额定水头447.0m，最大水头492.27m，最小水头420.96m，磁极数16。试验工况分别为：1)抽水工况，机组连续抽水，每隔30分钟同步采集机组振动信号。2)发电工况，在试验水头下进行了发电工况的变负荷试验，试验工况点分别为148MW、190MW、230MW、262MW、285MW、300MW、338MW、375MW，待试验工况点稳定后，同步采集机组振动信号。试验测点：1)机组工况参数测点包括：有功功率、导叶开度、上游水位、下游水位、转速。2)机组振动测点包括：上机架的三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、下机架的三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向、定子中部水平、定子上部垂直方向和顶盖的三轴(X轴、Y轴、Z轴)方向上。每个测点均布设位移型低频速度传感器5和速度型低频速度传感器6两种类型传感器。

本实施例中选用的采样频率为2000Hz，采样点数为240k。机组出力为188MW、导叶开度79.4％、毛水头441.7m(毛水头＝上游水位-下游水位)时，下机架X轴方向(即X方向)振动位移信号、下机架X轴方向(即X方向)振动速度信号波形、频谱利用计算机绘制成图；从图3中可以看出，下机架X轴方向(即X方向)振动位移信号频谱的主要峰值主要集中在低频附近，在6.25Hz频率处，出现最大的峰值5.973μm；从图4中可以看出，下机架X轴方向(即X方向)振动速度信号频谱的主要峰值主要集中在中频、高频附近，在204.82Hz频率处，出现最大的峰值0.0174mm/s。

如图2所示，

1)选用振动位移信号的峰峰值作为振动位移时域参数V₀；

此时，V₀＝37.52。

2)先对振动位移信号做离散傅立叶变换后求得振动位移信号时序信号的频谱，选取该频谱中最大的前5个主频值作为振动位移频域参数V₁，即V₁＝[(f₁，F₁)，(f₂，F₂)，(f₃，F₃)，(f₄，F₄)，(f₅，F₅)]，其中(i＝1，2，3，4，5)的f_i为频谱中前5个最大幅值对应的频率，F_i为频谱中前5个最大幅值，且F₁>F₂>F₃>F₄>F₅。

此时，V₁＝[(6.25，5.973)，(12.5，0.600)，(74.96，0.405)，(18.76，0.323)，(50.03，0.313)]。其中，6.25Hz为机组转频，12.5Hz为机组转频的二倍频，74.96为推力瓦的通过频率，18.76Hz为机组转频的三倍频，50.03Hz为电源干扰或者电磁频率。可以看出，该振动信号主要反映了机组转频及其倍频、电磁方面的特性。

3)选用振动速度信号的有效值作为振动速度时域参数H₀。

此时，H₀＝0.0512。

4)先对振动速度信号做离散傅立叶变换后求得振动速度信号时序信号的频谱，选取该频谱中最大的前5个主频值作为振动速度信号频域参数，即H₁＝[(a₁，A₁)，(a₂，A₂)，(a₃，A₃)，(a₄，A₄)，(a₅，A₅)]，其中(i＝1，2，3，4，5)的a_i为频谱中前5个最大幅值对应的频率，A_i为频谱图中前5个最大幅值，且A₁>A₂>A₃>A₄>A₅。

此时，H₁＝[(204.8，0.01736)，(49.98，0.01568)，(112.6，0.01326)，(199.9，0.002119)，(74.96，0.001875)]。其中，204.8Hz的激振源的原因初步认为是厂房附加质量的影响，49.98Hz为电源干扰或者电磁频率，112.6为叶片过流频率的二倍频，199.9Hz为电磁频率的二倍频，74.96为推力瓦的通过频率。可以看出，该振动信号主要反映了抽水蓄能电站厂房、机组水力及电磁方面的特性。

5)获得振动特征参数：综合考虑测点振动位移特性、振动速度特性，获得该测点总的振动特征参数P＝[V₀，H₀，V₁，H₁]。

此时，P＝[(37.52，0.0512)，(6.25，5.973)，(12.5，0.600)，(74.96，0.405)，(18.76，0.323)，(50.03，0.313)，(204.8，0.01736)，(49.98，0.01568)，(112.6，0.01326)，(199.9，0.002119)，(74.96，0.001875)]。

从P可以看出，采用本实用新型获得的振动特征参数，能同时获取振动信号的低频、中频、高频全频段特征，能更好地获得机组的振动特性。

综上所述(实施例一、二)，本实用新型中抽水蓄能机组的上机架的XYZ三轴方向、下机架的XYZ三轴方向和顶盖的XYZ三轴方向相同，即上机架的三轴坐标系、下机架的三轴坐标系和顶盖的三轴坐标系为同一坐标系；以抽水蓄能机组的四台机连线为X轴，机组中心为坐标原点，和X轴垂直的为Y轴，上游为+Y轴，尾水为-Y轴，Z轴遵从右手定则确定。图2中的振动参数即为振动特性参数，时域参数包括振动位移时域参数和振动速度时域参数，频域参数包括振动位移频域参数和振动速度频域参数；两个“前5个主频值”均为最大的前5个主频值。