水电站机组振动测量监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种水电站机组检测领域，即水电站机组振动测量监测方法。它包括压电式加速度传感器，前置处理模块，保护数据采集装置完成A/D数据采集，同时负责抑制传感器共振信号；压电式加速度传感器和前置处理模块之间采用低噪声、低衰减电缆，以保证电信号在传输过程中不带来衰减和更大的噪声。将压电式加速度传感器应用于水力机组振动测量，其具有高灵敏度、低噪声、低频率响应等特点，保证低频小幅值振动信号输出的电压信号足够强、噪声信号不能淹没真实的低频小幅值加速度信号、能检测出低达0.5Hz的振动信号；解决了原有惯性低频振动传感器测量信号失真或失效、精度差等问题。
【专利说明】水电站机组振动测量监测方法
[0001]
【技术领域】
本发明涉及一种水电站机组检测领域，即水电站机组振动测量监测方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，目前，在国内常规水轮发电机组结构振动测量领域主要采用磁电式(动圈式)惯性低频振动传感器传感器。该传感器最低响应频率可以达到0.5Hz左右，而最高响应频率可以达到200Hz以上，广泛应用于水力发电机组的机架、顶盖等位置的绝对振动位移测量。这类传感器可以获取机架、顶盖处最低达0.5Hz的频率信号，但由于设计原理性问题，其长期使用的可靠性、稳定性一直难以解决，普遍存在测量信号失真或失效、精度差等问题，应用于机组振动在线监测传感器更换频繁。
[0003]对于该磁电式(动圈式)低频振动传感器而言，存在以下方面的缺陷:
1、传感器机械系统失效问题
由于该类型传感器内安装有惯性质量块、线圈和弹簧阻尼等活动的机械装置，在长期运行中极其容易出现机械疲劳和卡死等现象，导致测量失效，传感器寿命短。
[0004]2、由于地震式检波器共振而导致的测量误差和补偿电路失效问题
该传感器的核心组件是一个的固有频率在10Hz-30Hz之间的地震式检波器。而选择该频段的固有频率，可能导致以下问题的产生:
(O水轮发电机组的真实振动中存在大量的位于10Hz-30Hz之间的振动信号，容易引起地震检波器的共振，导致测量不准确。
[0005](2)在水轮发电机组的某些运行工况条件下，流体对机架、顶盖存在冲击现象，该冲击会引发检波器的共振；当检波器共振后，该传感器的输出不仅无法保证测量的精确度，而且也引入了虚假频率的振动信号，同时，该共振信号被传感器的频率端补偿电路放大，极其容易导致电路的失效，从而引起测量信号的不可信。
[0006]3、该类型传感器具有方向性，严格区分水平振动传感器和垂直振动传感器，分别用于水平方向和垂直方向的振动测量，横向干扰较大。
[0007]以上原因，是导致磁电式惯性低频振动传感器在现场使用中大量存在信号失效、稳定性较差的原因。因此该类型的传感器，无法在要求高可靠性的在线监测和振动摆度保护系统中应用。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对上述不足而提供一种测量数据可靠、准确度高，效果显著的水电站机组振动测量监测方法。
[0009]本发明的技术解决方案是:水电站机组振动测量监测方法，包括:
压电式加速度传感器，置于水电站机组机架或顶盖上。
[0010]前置处理模块，置于压电式加速度传感器后端，将压电式加速度传感器的数据信号经过两次硬件积分为振动位移信号，最终输出到振摆保护数据采集装置完成Α/D数据采集，同时负责抑制传感器共振信号。
[0011]压电式加速度传感器和前置处理模块之间采用低噪声、低衰减电缆，以保证电信号在传输过程中不带来衰减和更大的噪声。
[0012]所述的前置处理模块包括:
隔直低阻环节，是一个高通滤波环节，用以去除加速度传感器输出的直流信号分量以及低于0.5Hz的干扰噪声信号。
[0013]第一级和第二级积分环节:是一个带抑制器和校正器的积分环节，将振动加速度信号积分为振动速度信号。
[0014]电源模块:采用高稳定度、低纹波线性电源模块，经π型滤波器后，为各模块和传感器供电。
[0015]采用高灵敏度的传感器是为了保证低频小幅值振动信号输出的电压信号能足够强，能被后端的前置处理模块检测出来，低噪声则是为了保证传感器输出的噪声信号不能淹没真实的低频小幅值加速度信号，而低频率响应特性则保证低达0.5Hz的振动信号能被传感器检测出来；就地安装的前置处理模块的功能主要是将加速度传感器的数据信号经过两次硬件积分为振动位移信号，最终输出到振摆保护数据采集装置完成Α/D数据采集，同时前置器负责抑制传感器共振信号。加速度传感器和前置处理模块之间采用低噪声、低衰减电缆，以保证电信号在传输过程中不带来衰减和更大的噪声。
[0016]采用压电式原理的加速度传感器测量低频振动信号具有如下的天然优势:
(I)传感器内部无弹簧、线圈等活动机构，不可能导致由于机械活动部件引起的线圈卡死和机械疲劳问题。
[0017](2)压电式传感器的谐振频率可以高达10000Hz以上，远远高于水轮发电机组机架有效的振动频率，因此正常的振动不会引起加速度传感器的共振。
[0018](3)传感器无方向性要求，同时能适用于水平、垂直甚至45度方向的振动测量，横向干扰较小。
[0019]( 4 )压电式加速度传感器(尤其是进口加速度传感器)与磁电式惯性低频振动传感器相比，在可靠性、稳定性、长寿命方面具有不可比拟的优势。
[0020]因此，选用压电式加速度传感器在水轮发电机组振动测量中有天然的技术优势。
[0021]本发明的优点是:1、将压电式加速度传感器应用于水力机组振动测量，其具有高灵敏度、低噪声、低频率响应等特点，保证低频小幅值振动信号输出的电压信号足够强、噪声信号不能淹没真实的低频小幅值加速度信号、能检测出低达0.5Hz的振动信号；解决了原有惯性低频振动传感器测量信号失真或失效、精度差等问题。2、将压电式加速度传感器应用于水力机组振动测量，传感器稳定性好、寿命长，测量数据的可靠性、准确度高，传感器安装条件无限制，兼容性好。3、加速度传感器替代磁电式速度传感器用于常规水力机组的在线监测振动测量将有良好的推广前景。
[0022]下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明中信号调理模块框图。
【具体实施方式】
[0024]参见图1，水电站机组振动测量监测方法，包括:压电式加速度传感器，前置处理模块，保护数据采集装置完成Α/D数据采集，同时负责抑制传感器共振信号；压电式加速度传感器和前置处理模块之间采用低噪声、低衰减电缆，以保证电信号在传输过程中不带来衰减和更大的噪声。
[0025]信号调理模块各环节功能说明:
隔直低阻环节:运算放大器。这是一个高通滤波环节，转折频率设计在0.5Hz，用以去除加速度传感器输出的直流信号分量以及低于0.5Hz的干扰噪声信号。
[0026]第一级和第二级积分环节:运算放大器。这是一个带抑制器和校正器的积分环节，将振动加速度信号积分为振动速度信号。
[0027]电源模块:采用高稳定度、低纹波线性电源模块，经π型滤波器后，为各模块和传感器供电。
[0028]压电式加速度传感器具体参数要求如下:
Α.传感器类型:压电式加速度传感器。
[0029]B.频率响应:0.17 — 10000Hz (±3dB)。
[0030]C.谐振频率:16kHz。
[0031]D.灵敏度:500 mV/g。
[0032]E.最大可测量程:±10g。
[0033]F.幅值非线性度:土 I %。
[0034]G.供电电源:18 to 28 VDC0
[0035]H.使用温度范围:-54至+121°C。
[0036]1.抗冲击:2500 g pko
[0037]J.防护等级:IP68。
[0038]K.接头:顶端2针MIL-C-5015军用接头。
[0039]L.输出噪声(1Hz):3 μ g V Hz。
[0040]输出噪声(10Hz):0.7 μ g V Hz0[0041 ]输出噪声(1000Hz):0.5 μ g V Hz0
[0042]其中，0.17-lOOOOHz的响应频率能满足水轮发电机组0.5Hz_1000Hz的振动测量；500 mV/g的灵敏度则保证了低频、小幅值振动加速度有足够的电压分辨率；而3μ g V Hz(1Hz以下)的噪声水平保证在低频小幅值振动信号有足够高的信噪比，比如频率为1Hz、幅值为10 μ m的振动加速度为40 μ g，而该传感的输出噪声不大于3 μ g，因此真实振动信号远大于噪声信号。高达16kHz的谐振频率，则保证正常的水轮发电机振动(0.5Hz-1000Hz)不会引起传感器的共振。
[0043]信号调理模块具体指标如下:
A.型号:ASC-30。
[0044]B.制造厂家:北京中元瑞讯。
[0045]C.频率响应:0.5Hz — 1000Hz (±3dB)。
[0046]D.输入信号类型:振动加速度(电压)。
[0047]E.输出信号类型:振动位移(电压)。
[0048]F.与加速度传感器的综合灵敏度:8mV/ μ m。
[0049]G.最大可测量程:土 1000 μ m。
[0050]H.幅值非线性度:土 I %。
[0051]1.供电电源:±24 VDC。
[0052]J.能同时处理的传感器通道数:3路。
【权利要求】
1.一种水电站机组振动测量监测方法，其特征在于包括: 压电式加速度传感器，置于水电站机组机架或顶盖上； 前置处理模块，置于压电式加速度传感器后端，将压电式加速度传感器的数据信号经过两次硬件积分为振动位移信号，最终输出到振摆保护数据采集装置完成A/D数据采集，同时负责抑制传感器共振信号； 压电式加速度传感器和前置处理模块之间采用低噪声、低衰减电缆，以保证电信号在传输过程中不带来衰减和更大的噪声。
【文档编号】G01H11/08GK104330149SQ201410561597
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】张策, 乔木, 栾春林, 胡海平, 潘月国, 刘淑娟, 张德浩, 刘福佳 申请人:白山发电厂, 国家电网公司, 国网新源水电有限公司