水电厂振动监测分析系统的研究

电力18讯：    摘  要：介绍了开发水电厂振动监测分析系统的意义和振动监测技术的发展，分析总结了水电厂振动监测系统的设计要求，并以武汉大学动力系为广西岩滩电站设计的振动监测分析系统为例，分析了其具体的软、硬件实现以及所能完成的功能。
    关键词：水电厂；振动；监测与分析；软件实现

1开发水电厂振动监测分析系统的意义
    近年来，随着计算机技术的迅速发展，使得计算机在自动化领域的应用日益广泛。水电站作为关系到国民经济建设和人民日常生活的重要生产部门，如何确保其运行的安全性、可靠性、经济性以及生产的稳定性，一直是电力生产部门研究的重点。
    随着水电建设的不断发展，机组容量和尺寸在逐步增大，转速也在相应提高，机组振动已成为运行和设计中存在的一个重要问题。基于水电站生产过程的复杂性，在水电站运行过程中，能够影响和反映机组运行状态的参数很多，一般的计算机监控系统往往仅侧重于对温度和电量的监测，而对机组运行期间振动和摆度量的监测却重视不够。在水轮发电机组运行过程中，有很多原因(如电气、机械和水力等因素)都可能造成机组振动和摆度过大甚至超标，有时还可能诱发共振而导致某些部件振动加剧，严重时可能危及机组甚至电站的安全。其所呈现的特征是机组的振动、摆度和压力脉动的幅值较大。因为振动不仅含有幅值、相位和频率的信息，而且还能反映出机组的故障状态且易于测量，因此，振动监测也就越来越显得重要，也越来越受到重视［1］。
    在目前尚无法彻底解决水力机组振动问题的情况下，水电厂振动监测分析系统可以对机组振动情况实时监测，并利用专门的系统分析软件对所测数据进行相应处理，分析得出机组振动与运行工况之间的关系，为寻找解决振动问题的方法提供实测资料和科学的依据。与故障诊断专家系统相结合，将分析结果送入专家系统的知识库，对电站运行状况作出合理的判断并给出相应的处理意见，从而可以实现完全意义上的监测诊断。
2国内外振动监测技术的发展概况
    最初，振动监测是人工目测，凭耳朵听和眼睛看，配以百分尺(或千分表)进行测量振动和摆度，由于存在很大的准确度和安全性问题，遂逐渐为现代测试手段所取代。
    50年代，各种类型和性能的传感器和测振仪相继研制成功，并开始应用于科学研究和工程实际。60和70年代，数字电路、电子计算机技术的发展、“信号数字分析处理技术”的形成，推动了振动检测技术在机械设备上的应用。70年代至80年代，许多发达国家开始研究机械设备的状态监测与故障诊断技术。随着电子计算机技术、现代测试技术、信号处理技术、信号识别技术与故障诊断技术等现代科学技术的发展，机械设备的状态监测研究跨入系统化的阶段，并把实验室的研究成果逐步推广到核能设备、动力设备以及其它各种大型的成套机械设备中，进入了蓬勃发展的阶段。90年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化，使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件［2］。
    近年来，国外利用PC微机为基础，应用振动传感器对水轮发电机组的振动、摆度进行监测分析的系统相继面世，并在实际应用中取得了显著的经济效益和社会效益。如瑞典的VIMOS系统、西班牙的COMPASS系统、挪威的IMPULS系统等。
    我国对水电厂振动监测技术的研究尚处于不断创新与发展的阶段，随着计算机硬件的降价趋势和“无人值班”日益完善的要求，相信水电厂振动监测分析系统的应用研究将会得到飞速的发展。
3振动监测分析系统的设计要求
    (1)实时性强，响应速度快。
    水电厂振动监测分析系统是一个高速在线实时监测系统，运行人员通过各种人――机接口设备，实时监视运行设备的状态。当某个指令发出后，希望在很短的时间内得到响应；当设备发生故障时，要求系统能以最快的速度显示及记录各种事故的性质和先后顺序，另外，由于系统需要完成自动监测和分析任务，需要对大量数据进行处理，为此，需要系统有足够快的响应速度；
    (2)可靠性高。
    对生产设备监测系统的研制，最终是为了提高所监测设备的可靠性，延长其使用寿命。作为保证应用对象工作可靠性的重要手段，监测系统应比所监测对象有更高的可靠性。为此，我们必须加强三大部件(即传感器、数据采集器和主计算机系统)的可靠性，提高软件质量，以确保系统具有高的可靠性；
    (3)可适应性强。
    适应性又称可扩充性或灵活性。一般情况下，一个系统的设计不可能一开始就考虑的十分完善，由于主客观因素，系统规模、功能配置等不可避免会发