拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置及方法与流程

本发明涉及水轮机辅助设备，具体涉及一种拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置及方法。

背景技术：

1、位移信号是水轮机调节系统中重要的反馈信号。水轮机主接力器、主配压阀位移均为水轮机调节系统重点关注的位移信号，一般测量均采用拉杆式位移传感器实现，安装在接力器、主配压阀等就近部位。

2、拉杆式位移传感器拉杆脱落将直接导致水轮机调节系统开环运行，为水轮机调节系统的严重故障。在机组运行过程中，传感器安装位置长期处于高强度振动工况下，传感器拉杆因长期振动导致固定螺栓松动，造成拉杆脱落，在大型水轮机调节系统上此类故障时有发生，并造成了一些严重后果。

3、目前，对该类传感器出现的故障常见判断方法：

4、判断方法1：当传感器输出信号电流小于4毫安或大于20毫安时，判断位移传感器超出量程，判断传感器信号断线，报严重故障，并进行容错处理。

5、判断方法2：当传感器输出信号在4至20毫安之间，通过传感器信号变化速率来判别传感器信号是否异常，比如分别设置开方向、关方向两个方向不同的速率上限，根据传感器变化识别出导叶操作方向，再根据导叶操作方向的速率上限进行越限判断，报严重故障，并进行容错处理。

6、上述方法针对以下情况将失效：

7、当传感器拉杆脱落时，传感器输出信号保持当前不变且处在4至20毫安之间时，此时上述判断方法1、2均无法判别故障。当发生上述故障后，可能引发水轮机调节系统大幅开、关导叶，引发机组功率振荡，严重的甚至触发电网系统的功率振荡，带来不可估量的严重后果。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置及方法，在实现可靠的位移信号输出的同时，提供传感器本体拉杆运行状态反馈信号，确保位移传感器信号和工作状态的准确反馈，以提高调节系统故障诊断与容错能力，避免机组功率振荡事故发生，为保证机组及电网的安全运行提供支撑。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置，检测装置包括拉杆式位移传感器模块、断线传感器模块、信号调理模块和接口模块，拉杆式位移传感器模块内设有拉杆，拉杆两端的连接结构内设有断线传感器模块，拉杆式位移传感器模块的传感信号及断线传感器模块与信号调理模块连接，信号调理模块与接口模块，信号调理模块将拉杆式位移传感器模块的位置检测信号及断线传感器模块的状态信号通过接口模块进行输出，进而判断位移传感器是否正常工作。

4、上述的拉杆式位移传感器模块包括位移传感器本体，位移传感器本体上设有位移传感器滑轨，位移传感器滑轨与位移传感器滑块滑动连接，位移传感器滑块通过拉杆第一连接块与拉杆的一端连接，拉杆的另一端与拉杆第二连接块连接，拉杆第二连接块与接力器引导板连接。

5、上的断线传感器模块包括第一剪断信号器和第二剪断信号器，第一剪断信号器和第二剪断信号器分别设在拉杆第一连接块和拉杆第二连接块内，当拉杆与第一连接块或/和拉杆第二连接块发生脱落时，对应的第一剪断信号器或/和第二剪断信号器断线。

6、上述的信号调理模块包括与拉杆式位移传感器模块电连接的位移传感器故障检测电路，位移传感器故障检测电路内设有位移传感器信号处理端2-1、第一断线检测电路2-2和第二断线检测电路2-3，位移传感器故障检测电路与接口模块内的接口端子排连接并输出检测信号。

7、上述的位移传感器信号处理端2-1与位移传感器信号输出控制电路2-4连接并向接口端子排（1）输出模拟量信号sign。

8、上述的第一断线检测电路2-2包括串联的双辅助节点继电器j1线圈和剪断信号器k1，双辅助节点继电器j1线圈和剪断信号器k1连接的两端连接直流电源，剪断信号器k1即为第一剪断信号器，双辅助节点继电器j1的一个常闭辅助开关向接口端子排输出第一断线检测信号j1-1和j1-2。

9、上述的第二断线检测电路2-3包括串联的双辅助节点继电器j2线圈和剪断信号器k2，双辅助节点继电器j2线圈和剪断信号器k2连接的两端连接直流电源，剪断信号器k2即为第二剪断信号器，双辅助节点继电器j2的一个常闭辅助开关向接口端子排输出第二断线检测信号j2-1和j2-2。

10、上述的位移传感器信号输出控制电路2-4为串联的双辅助节点继电器j1和j2的两对辅助常开开关节点j1-4与j1-6、j2-4与j2-6。

11、上述的接口端子排上设有直流电源24v+和gnd端子，直流电源24v+和gnd端子向位移传感器信号处理端2-1、第一断线检测电路2-2、第二断线检测电路2-3以及位移传感器信号输出控制电路2-4供电。

12、使用上述的拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置的故障检测方法，故障检测的方法如下：

13、a、当接口端子排、拉杆第一连接块、拉杆第二连接块均处于正常工作状态，即对外接口以及拉杆的上、下连接可靠时，剪断信号器k1和k2均处于接通状态，双辅助节点继电器j1和j2线圈通电， j1-1与j1-2、j1-4与j1-5断开，j1-1与j1-3、j1-4与j1-6闭合，j2-1与j2-2、j2-4与j2-5断开，j2-1与j2-3、j2-4与j2-6闭合，接口端子排的j1-1与j1-2断开，对外表示拉杆的下连接正常，接口端子排的j2-1与j2-2断开，对外表示拉杆的上连接正常，位移传感器信号输出控制电路2-4的j1-4与j1-6、j2-4与j2-6均处于闭合状态，位移模拟量输出信号至接口端子排（1）的sign，实现信号正常检测及输出；

14、b、当接口端子排、拉杆第一连接块处于正常状态，拉杆第二连接块处于异常状态，即对外接口以及拉杆的下连接可靠、上连接异常脱落时，剪断信号器k1处于接通状态，剪断信号器k2处于断开状态；继电器j1线圈通电，继电器j2线圈断电，j1-1与j1-2、j1-4与j1-5断开，j1-1与j1-3、j1-4与j1-6闭合，j2-1与j2-2、j2-4与j2-5闭合，j2-1与j2-3、j2-4与j2-6断开；接口端子排（1）的j1-1与j1-2断开，对外表示拉杆的下连接正常，接口端子排的j2-1与j2-2闭合，对外表示拉杆的上连接异常；位移传感器信号输出控制电路2-4的j1-4与j1-6处于闭合状态、j2-4与j2-6处于断开状态，位移模拟量输出信号至接口端子排的sign回路断开，无法实现信号输出，传感器处于断线故障状态；

15、c、当接口端子排、拉杆第二连接块处于正常状态，拉杆第一连接块处于异常状态，即对外接口以及拉杆的上连接可靠、下连接异常脱落时，剪断信号器k2处于接通状态，剪断信号器k1处于断开状态；继电器j2线圈通电，继电器j1线圈断电，j2-1与j2-2、j2-4与j2-5断开，j2-1与j2-3、j2-4与j2-6闭合，j1-1与j1-2、j1-4与j1-5闭合，j1-1与j1-3、j1-4与j1-6断开；接口端子排的j2-1与j2-2断开，对外表示拉杆的上连接正常，接口端子排的j1-1与j1-2闭合，对外表示拉杆的下连接异常；位移传感器信号输出控制电路2-4的j2-4与j2-6处于闭合状态、j1-4与j1-6处于断开状态，位移模拟量输出信号至接口端子排的sign回路断开，无法实现信号输出，传感器处于断线故障状态；

16、d、当接口端子排处于正常状态，拉杆第一连接块和第二连接块均处于异常状态，即对外接口可靠，拉杆的上、下连接异常脱落时，剪断信号器k1、剪断信号器k2均处于断开状态；继电器j1和j2线圈均断电，j1-1与j1-2、j1-4与j1-5闭合，j1-1与j1-3、j1-4与j1-6断开，j2-1与j2-2、j2-4与j2-5闭合，j2-1与j2-3、j2-4与j2-6断开；接口端子排的j1-1与j1-2闭合，j2-1与j2-2均闭合，对外表示拉杆的上、下连接均异常；设备2-4的j1-4与j1-6、j2-4与j2-6均处于断开状态，位移模拟量输出信号至设备1的sign回路断开，无法实现信号输出，传感器处于断线故障状态；

17、e、当接口端子排的24v+、gnd异常，即传感器失去传感器工作电源，j1-1与j1-2，j2-1与j2-2连接状态正常，继电器j1和j2励磁线圈均无供电，接口端子排的j1-1与j1-2闭合，j2-1与j2-2均闭合，对外表示拉杆上、下连接均异常，位移传感器信号处理端2-1的sign-ao无信号输出，接口端子排的sign无信号输出，传感器处于断线故障状态；

18、通过a-e的5种情况分析，能够对拉杆式水轮机位移传感器拉杆状态进行实时检测与反馈，并控制位移传感器模拟量信号输出。

19、本发明提供的一种拉杆式水轮机位移传感器故障检测装置及方法，具有如下有益效果：

20、1、在传统拉杆式位移传感器基础上，新增拉杆两端头的连接工作状态检测并以开关量方式对外部电路提供实时、准确的信号反馈；

21、2、通过实时检测的拉杆连接工作状态控制位移传感器位移模拟量信号输出，为外部电路提供准确、可靠的位移模拟量信号；

22、3、新增的电路设计，在正常、异常两种工作状态下，均能够准确、可靠运行，不影响拉杆式位移传感器正常使用；

23、4、本发明结构简单、制造方便，仅需要对现有拉杆式位移传感器进行必要的改造就能实现，能够极大提高传感器的可靠性。