【文章內(nèi)容簡介】 圖 2 系統(tǒng) 設(shè)備布置 圖 石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 1 4 設(shè)備配置 傳感器 傳感器選型總表 根據(jù) 石泉 水電站 各機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 結(jié)合我們長期從事水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測分析的經(jīng)驗(yàn)， 推薦 適合本項(xiàng)目要求的各類傳感器，匯總?cè)缦拢? 傳感器選型總表 序號 測 點(diǎn) 名 稱 傳感器類型 傳感器 型號 生產(chǎn)廠家 1 鍵相 和 擺度 電渦流傳感器 IN081 德國申克 2 軸向位移 電渦流傳感器 TR081 湖南天瑞 3 機(jī)架振動 振動速度傳感器 MLS9 北京豪瑞斯 4 壓力脈動 絕對壓力變送器 21S 瑞士 Keller 鍵相和擺 度 傳感器 本方案推薦采用德國申克公司的 IN081 一體化渦流傳感器 。該傳感器可靠性好、性能穩(wěn)定、安裝方便，且安裝間隙（約 2mm）比一般渦流傳感器（通常為 ）要大，可以有效避免傳感器與被測面之間碰磨。 該傳感器已在國內(nèi)大量水電機(jī)組上得到應(yīng)用，包括我公司承擔(dān)的三峽左岸電站、 三峽右岸電站、拉西瓦水電站、小灣水電站、公伯峽水電站、重慶彭水水電站、廣西巖灘水電站、 貴州東風(fēng)水電站等。 申克 IN081 一體化渦流傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下： ◆ 測量原理：渦流 ◆ 頻響范圍： 0～ 10KHz(3dB) ◆ 測量范圍： 2 mm ◆ 平均工作位置 ：約 2 mm ◆ 靈敏度： 8mV/μ m ◆ 誤差： 滿足 API670 的要求 ◆ 工作溫度： 10～ +125176。 C ◆ 儲存溫度： 30～ +125176。 C ◆ 電纜長度：最大 1000 米 ◆ 供電電壓： 18V～ 30VDC， @5mA 振動傳感器 對于水輪機(jī)組來說，低頻振動是其固有的特性，例如，尾水管渦帶的脈動頻率一般是機(jī)組轉(zhuǎn)頻的 1/4 左右。所以，水輪機(jī)組的固定部件的低頻振動測量一直是個難點(diǎn)。 石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 2 加速度傳感器盡管其頻響下限也可以很低，但是由于機(jī)組固定部件振動的加速度很小， 加速度傳 感器的信號輸出 微弱 ， 且換算成位移量綱需要進(jìn)行兩次積分，造成很大測量誤差，因此實(shí)際在水電機(jī)組上也不宜用加速度傳感器來監(jiān)測上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋、定子機(jī)座等處的振動。加速度傳感器一般應(yīng)用于頻率較高或有較大沖擊的地方，可用于水輪發(fā)電機(jī) 定子鐵芯振動 （通常為 100Hz 的電磁激振頻率） 的測量。 速度傳感器一般采用磁電式原理，不需要外部供電，便于安裝，而且只需要一次積分就可轉(zhuǎn)換為位移量綱，所以，在我國旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量中被廣泛采用，如汽輪發(fā)電機(jī)組瓦振動的測量普遍采用磁電式速度傳感器。但通常速度傳感器的低頻響應(yīng)特性不好，其頻響 下限一般在 以上。雖然近年來國外公司也推出了一些低頻速度傳感器，但在中國水電機(jī)組上還沒有比較好的應(yīng)用效果，其中有美國 Bently 公司最新推出的 330505 低頻速度傳感器，其頻響下限可達(dá) ，在中國未見有應(yīng)用；瑞士Vibrometer 公司的 CV210 低頻速度傳感器的頻響下限為 1Hz，在三峽左岸電站 Alstom機(jī)組上有應(yīng)用，但效果并不好。這些國外廠家的低頻速度傳感器價(jià)格普遍昂貴，很難在機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域廣泛采用。 針對水電機(jī)組 低頻 振動 的 特點(diǎn)，國內(nèi)部分傳感器 廠家進(jìn)行了許多研究開發(fā)工作，取得了長足的進(jìn)步 ， 其 速度傳感器的 低頻 下限可達(dá) ，而且迅速占領(lǐng)了國內(nèi)水電機(jī)組在線監(jiān)測市場。其中最有代表性的是 北京豪瑞斯公司 生產(chǎn) 的 MLS9 系 列 低頻速度傳感器， 該傳感器內(nèi)置低頻補(bǔ)償電路，其頻響下限可達(dá) ，甚至達(dá) 。從大量工程實(shí)踐實(shí)際使用效果來看，用該低頻速度傳感器來檢測機(jī)組各支撐部件的振動可以取得比較理想的測量效果。 本系統(tǒng)推薦采用北京豪瑞斯公司生產(chǎn)的低頻速度傳感器 MLS9。與其它振動傳感器相比， MLS9 型低頻振動速度傳感器具有工作頻率低、長期運(yùn)行可靠、互換性好的特點(diǎn)。該傳感器已在國內(nèi)大、中型水電機(jī) 組上得到廣泛應(yīng)用，我公司承擔(dān)的 三峽左岸電站、三峽右岸電站、拉西瓦水電站、小灣水電站、公伯峽水電站、重慶彭水水電站、廣西巖灘水電站、貴州東風(fēng)水電站、 浙江烏溪江水電廠等項(xiàng)目也采用該傳感器。 MLS9 型低頻振動速度傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下： ? 靈敏度： 8V/mm177。 5% ? 工作頻率范圍： ～ 200 Hz (3dB) ? 量程： 177。 1000μ m ? 幅值線性度： ＜ 5% ? 工作溫度： － 30～ +60176。 C 石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 3 軸向位移 傳感器 軸向位移 傳感器測量 量程一般要求較大，故我們推薦采用湖南天瑞 的 TR81 電 渦流傳感器 ，其測量范圍 最大可達(dá) 20mm，可滿足測量要求。 TR81 電 渦流傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下： ◆ 測量原理：渦流 ◆ 頻響范圍： 0～ 10KHz(3dB) ◆ 測量范圍： 20 mm ◆ 靈敏度： ◆ 線性誤差： 177。 1% ◆ 靈敏度誤差：177。 2% ◆ 工作溫度： 10～ +150176。 C ◆ 儲存溫度： 30～ +150176。 C ◆ 供電電壓： 24VDC， @5mA 絕對壓力變送器 水輪機(jī)的穩(wěn)定性問題很大程度上是由水力方面的原因造成的，所以對水輪機(jī)各過流段的壓力脈動進(jìn)行監(jiān)測分析，可以全面掌握機(jī)組 的水力特性，指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行。 本項(xiàng)目不僅要求所選變送器具有很高的測量精度，而且要求具有良好的動態(tài)特性以滿足實(shí)時監(jiān)測的要求。為此，壓力（脈動）傳感器我們選用瑞士 Keller 公司的 21Y系列壓力傳感器，該傳感器頻響高，響應(yīng)速度為 ，特別適用于水輪機(jī)組的壓力脈動測量。 Keller 壓力傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下： ◆ 精度 ： 177。％ ◆ 響應(yīng)速度 ： ◆ 工作電源 ： 8～ 28VDC ◆ 輸出： 4～ 20mA ◆ 量程： 可選 ◆ 溫度極限：－ 20～ 80℃ ◆ 防護(hù)等級： IP66 石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 4 數(shù)據(jù)采集站 數(shù)據(jù)采集站設(shè)備配置 每臺機(jī)組配數(shù)據(jù)采集站一個，數(shù)據(jù)采集站設(shè)備安裝在一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜 應(yīng)與主體工程 機(jī)柜 一致。機(jī)柜內(nèi)數(shù)據(jù)采集單元需要根據(jù)每臺機(jī)組監(jiān)測的參數(shù)數(shù)量和信號類別來確定，一般振動、擺度、壓力脈動等穩(wěn)定性參數(shù)共用一個數(shù)據(jù)采集單元。為方便就地監(jiān)視和維護(hù)，機(jī)柜內(nèi)應(yīng)配置 1 個工業(yè)液晶顯示器。機(jī)柜內(nèi)還應(yīng)配置一套交直流雙供逆變電源裝置，以提高電源可靠性。機(jī)柜內(nèi)還需配置一套傳感器電源裝置，為各傳感器提供工作電源。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，一般機(jī)柜內(nèi)還需配置光纖 交換機(jī) 。 根據(jù)測點(diǎn)配置情 況，每臺機(jī)組的 機(jī)柜內(nèi)需 放置 TN8000 數(shù)據(jù)采集箱 1 臺、 15″工業(yè)液晶顯示器 1 個、 光纖收發(fā)器 1 個 、 傳感器電源模塊 1 套 、端子 及 輔件 等。 數(shù)據(jù)采集站設(shè)備配置清單如下： 序號 設(shè) 備 名 稱 規(guī)格型號 生產(chǎn)廠家 單位 數(shù)量 備 注 1 振動、擺度、壓力脈動 數(shù)據(jù)采集箱 TN8001 華科同安 套 1 2 工業(yè)液晶顯示器 51G BENQ 臺 1 3 機(jī)柜內(nèi)傳感器電源及輔件 TN8016 華科同安 套 1 4 光纖收發(fā)器 臺灣 臺 1 5 鍵盤、鼠標(biāo) 國產(chǎn) 套 1 6 盤柜 2200 800 600 國產(chǎn) 個 1 TN8000 數(shù)據(jù)采集箱 TN8000 數(shù)據(jù)采集箱是數(shù)據(jù)采集站的核心設(shè)備，主要負(fù)責(zé)各種信號的采集、存儲和數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行實(shí)石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 5 時監(jiān)測和分析，同時對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，得到機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機(jī)組故障的預(yù)警、并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，供進(jìn)一步的狀態(tài)監(jiān)測分析和診斷。 TN8000 數(shù)據(jù)采集單元 采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有多重容錯和抗干擾技術(shù)，采用先進(jìn)的 硬件設(shè)計(jì)和制造工藝 ，已有 400 多臺 應(yīng)用在水電、火電機(jī)組上，具有高度的可靠性，已在工業(yè)現(xiàn)場得到長期實(shí)踐考驗(yàn) 。 TN8001 振動擺度壓力脈動數(shù)據(jù)采集箱 振動 、 擺度 、 壓力脈動 及工況參數(shù)均可由 TN8004 快變量采集模塊采集 ，每塊模塊可采集 8 個通道，每個數(shù)采箱可最多配置 6 塊快變量模塊，即 48 個快變量參數(shù)。根據(jù) 石泉 水電站 機(jī)組的測點(diǎn)配置情況，每臺機(jī)組需要配置 1 個 TN8001 振動擺度壓力脈動數(shù)據(jù)采集箱 ， 測量模塊配置可 根據(jù)最終監(jiān)測參數(shù)確定。 另外，每個采集箱還需配置 鍵相模塊 1 塊（ 1 通道 /塊）、繼電器輸出模塊 1 塊（ 16 路 /塊）、系統(tǒng)板與存儲板各1 塊。 通過 TN8001 數(shù)據(jù)采集箱的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)可以得到不同工況下信號各頻段范圍內(nèi)的準(zhǔn)確可靠的 實(shí)時數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析和故障診斷提供可信的狀態(tài)數(shù)據(jù)。 通過 繼電器輸出模塊， TN8000 系統(tǒng)可向外輸出 16 路獨(dú)立的繼電器信號， 繼電器信號 邏輯可組態(tài)。 TN8001 振動擺度壓力脈動數(shù)據(jù)采集箱配置： 備 用 繼電器輸出模塊 模擬量輸出模塊 模擬量輸入模塊 壓力監(jiān)測模塊 振動監(jiān)測模塊 振動監(jiān)測模塊 擺度監(jiān)測模塊 鍵相模塊 系統(tǒng)板 存儲板 TN8001智能高速數(shù)采箱 TN8000 數(shù)據(jù)采集箱模塊化結(jié)構(gòu)特點(diǎn) TN8000 數(shù)據(jù)采集箱采用標(biāo)準(zhǔn)的積木式模塊化結(jié)構(gòu)，可以熱插拔。由框架、系統(tǒng)板和各種采集模塊組成。 每個 TN8000 智能數(shù)據(jù)采集箱所需的數(shù)據(jù)采集板的類型和數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場傳感器的數(shù)量、信號類型進(jìn)行靈活配置。 智能數(shù)據(jù)采集箱中各模塊均可獨(dú)立工作，其中某一通道或某一模塊的故障不會影響其他通道或其他模塊正常工作。 某一模塊發(fā)生故障時用戶僅需自行用備用模塊更換即可。采集箱內(nèi)提供導(dǎo)軌以便于插拔，模塊安裝后可用緊固螺釘鎖緊以防止誤插拔。具有安裝、維護(hù)、更換方便、可靠性好的特點(diǎn)。 各采集模塊前面板每個通道均具有通道 OK 指示燈，通道正常工作時指示燈為綠石泉水電站 機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng) 《技術(shù) 方案 》 北京華科同安公司 6 色，當(dāng)某一通道或某一采集模塊出現(xiàn)故障時，對應(yīng) OK 指示燈就會熄滅。 TN8000 數(shù)據(jù)采集箱采集模塊 TN8000 智能數(shù)據(jù)采集箱可以提供多種采集模塊： 快變量 監(jiān)測 模塊用于采集各種擺度 、振動、壓力脈動和工況 信號 ； 鍵相模塊用于采集鍵相 /轉(zhuǎn)速信號； 空氣間隙模塊用于采集空氣間隙信號和磁通量信號； 繼電器輸出模塊用于輸出報(bào)警信號或保護(hù)動作信號； 系統(tǒng)板用于協(xié)調(diào)各采集模塊工作，并提供串行通訊接口和以態(tài)網(wǎng)絡(luò)接口，與外部設(shè)備進(jìn)行通訊； 存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)采集箱有關(guān)程序和部分機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)。 TN8000 硬件技術(shù)特點(diǎn) 模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò) 展、安裝、維護(hù)方便，可靠性高。 基于計(jì)算機(jī)中斷技術(shù)、 DMA 技術(shù)、 FIFO 技術(shù)及最新模擬數(shù)字電子技術(shù)開發(fā)的硬件系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性、準(zhǔn)確性和可靠性。 整周期控制電路采用新穎的自適應(yīng)鎖相環(huán)技術(shù)，避免了在信號分析中的泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)。 采集電路采用了先進(jìn)的自動跟蹤抗混濾波器和自適應(yīng)放大電路，減少了混疊誤差和量化誤差，保證了采 樣精度。 鍵相采集板采用了閥值電平自動跟蹤電路，克服了必須經(jīng)常調(diào)整閥值電平的麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性。 采用多重容錯、自診斷和抗干擾技術(shù)，保證系統(tǒng)安全可靠。 對機(jī)組的振動、擺度、壓力脈動、發(fā)電機(jī)空氣間隙和磁通量信號進(jìn)行同步整周期采樣，確保采集數(shù)據(jù)的實(shí)時、同步和完整。 一次采樣 32 個周期，確保能夠捕捉水輪機(jī)組特有的低頻隨機(jī)信號。 采樣頻率可通過設(shè)置軟件進(jìn)行設(shè)備，可滿足現(xiàn)場的不同需要。 采用多種硬件故障檢查手段，包括上電自檢、周期自檢和用戶啟動自檢。各采集模塊均提供通道 OK 指示燈和采集板正常工作指示燈，當(dāng)某一通道或某一采集模塊出現(xiàn)故障時，對應(yīng) OK 指示燈就會熄滅，同時在顯示器畫面上就會出現(xiàn)硬件故障報(bào)警指示。 硬件穩(wěn)定性：存儲單元采用電子盤存儲，沒有硬盤 和風(fēng)扇等易損部件，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行 ，并具有較高的抗震能力 。 硬件 獨(dú)立性 ： 數(shù)據(jù)采集單元及各采集