水轮发电机组振动摆度测量的设计与实现

水轮发电机组振动摆度测量的设计与实现
一、前言
水轮发电机组由于其工作状态和受力状况造成其较为容易发生振动，为了避免振动造成的损害，我们需要对振动摆度进行测量，这样可以有助于进行故障分析系统的建设。

二、试验测点布置
测点布置是试验的关键。

合理的测点布置，会使试验结果全面正确的反映出机组的真实运行情况。

否则会导致试验结果失真，数据有效性差，难以作出全面的分析及判断。

1.水力机械振动、（主轴）摆度测点布置度测量仪器
为评价机组的振动水平一般测量振动位移值，考虑到传感器的低频特性，一般采用速度型振动传感器。

对于以暂态过程的振动测量分析为重点时，还必须考虑传感器的暂态响应特性是否能满足测量要求，考虑使用加速度传感器。

振动应在机组的关键部件和部位上测量，如：各导轴承和推力轴承的轴承座、支架及水力机械顶盖等位置，以达到对机组在不同运行工况下受机械、水力、电磁等不同因数所导致的振动进行分析的目的。

如果需要测量绝对轴振时，传感器应安放在固定于基础的支架上。

为分析机组运行过程导致机架振动的主导因素、测试机组在暂态过程工况或某些运行工况下出现抬机或轴向串动现象还应在适当位置安装测量主轴轴向位移的电蜗流传感器。

2.水压脉动测量部位
水压脉动一般在下述部位测量：①钢管末端蜗壳进口断面处；②水轮机转轮与活动导叶之间，转轮进口处；③上迷宫；④尾水锥管段；⑤如有条件。

尾水管肘管进口处、中部及出口断面处。

对于混流式水轮机而言，以上测点布置可以满足大部分情况下的常规运行稳定性分析的要求。

对某些特殊情况可能还需要监测。

如：功率、导叶扭矩、轴承支架应力变化等。

三、数据的测量和分析
1.确保机组振动测量的正确性
机组振动测量是机组振动分析研究的基础，机组振动测量的关键是如何保证振动测量的正确性。

（一）合理选择和正确使用测量系统
振动测量系统主要由传感器、信号放大器、记录分析仪3部分组成。

（1）合理选择测量系统的可测频率范围。

系统的频率响应范围主要由传感器的频率响应范围决定。

对水轮发电机组而言，测量系统的下限可测频率是决定性的。

下限频率较高的传感器不能用于水轮发电机组的测量。

（2）合理选择线性范围和精度。

线性范围是指测量系统的最大可测幅值范围，精度则反映测量系统的综合误差，两者互相制约。

在选择线性范围时，既要保证精度，又要考虑可能遇到的极限情况。

（3）注意环境条件的影响。

传感器易受环境条件影响，选择和使用时要注意温度、电磁场、噪声、电源等环境条件，必要时采取措施或对测量结果进行修正。

（二）合理布置测量点
由于水轮发电机组构件一般较大，其各处的振动值将有一定的差别。

测点布置是否合理直接影响到测量结果的正确性和真实性。

除按部标DL/T 556-；4《水轮发电机组振动监测装置设置导则》所规定的测点基本设置外，其他测点的位置和数量要根据具体情况确定。

（三）压力脉动的测量
水轮发电机组的振动有相当一部分是由水力原因引起的。

压力脉动的测量对掌握机组振动的规律和原因是非常重要的。

除选择合适的压力传感器及测量点外，还要排除因测压管引起压力脉动衰减的各种原因，保证压力脉动测量的准确性。

2.全面分析振动信号，准确把握振动规律
振动测量的目的是为了分析，如果不能正确地进行振动分析，振动测量就失去了意义。

（一）利用各种分析手段，掌握机组振动的规律
科学技术的飞速发展为机组振动分析提供了基础，充分利用各种分析手段多角度地分析，才能全面准确地把握机组的振动规律。

机组振动分析的主要方法有：波形参数分析法、正交分解及综合分析法、统计分析法、峰、峰值分析法、频谱分析法、轨迹图分析法、瀑布图分析法、动态轴线分析法等。

（二）排除各种误差因素，保证分析结果的正确性
（1）识别并排除各种信号干扰。

如果在每次试验中，某信号的基波及其谐波都不变，则可基本判断其为干扰信号。

如电源干扰信号的频率为50Hz，只要将测量仪器可靠接地就可排除。

（2）注意频谱分析中的误差。

选择合适的低通滤波器，去掉高频信号，才可排除混迭误差$对周期信号进行整周期采样，对变频信号则选择合适的频率分析参数，才可减小或排除泄漏误差。

（三）分析所用的数据必须全面足够振动分析的基础是振动试验所测得的数据，要想分析出机组振动规律及原因，必须有大量的数据。

（四）掌握机组及其部件本身的振动特性要分析机组振动规律，还必须掌握机组各部件的振动特性，特别是分析或排除机组各部件的共振现象时，必须掌握机组各部件的振动特征量，如固有频率、阻尼、振型等。

这些参数可用外加激振法测得，也可通过分析瞬态工况下的振动信号来获得。

（五）注重瞬态工况下振动信号的分析
机组瞬态工况下的振动信号几乎包括了机组状态的所有信息，有些机组状态信息只能从瞬态信号中提取出来。

因此，分析机组瞬态工况下的振动信号，对于了解机组的状态是很必要的。

四、在线诊断技术的开发、应用探讨
随着科学技术的高速发展，国内外很多公司研究开发了一些比较成熟的振动、摆度在线测量装置。

由于影响水电机组振动、摆度的因素很多且复杂多变，比如水轮机大轴本身的加工质量、安装质量；水力因素；电气因素等等。

作为在线诊断技术，我们不能仅仅停留在只测振动、摆度量的基础上，而是要在量的基础上，对水轮机组的运行状态及发展趋势做出实质性的诊断结论。

我厂在深圳洲立达公司的水电机组机械振动、摆度状态实时监测及分析处理的一体化集成系统的基础上，作为一种尝试，同他们合作开发了一套振动、摆度的在线诊断系统，作为一种探讨，现将这套系统简要介绍如下。

1.系统简介及数学模型的建立
水轮机组振动、摆度在线诊断系统是以WINDOWS 2000操作系统作为数据收集处理服务器，该服务器与水轮机组现地的机械振动、摆度状态实时监测分析处理系统及一台工程师工作站组成了一个高速的局域网络（可以并入廠里的MIS 系统）。

服务器对所有机组的摆度、振动、压力脉动等振动量及水头、功率、开度、压力等背景量进行收集、分析、整理，经过一段在机组各种运行工况条件下的数据收集、整理，分析出每台机组的振动摆度特征量。

然后，再根据水轮机组本身固有的一些重要参数，形成一个诊断的数学模型，用这个数学模型对水轮机组振动、摆度进行智能诊断，从而决定水轮机组是否需要进行检修。

2.系统的组成
（1）HP服务器DELL工作站；
（2）SZJ 2000数据远程察看软件；
（3）网络服务软件JZF Server；
（4）数据网络发布软件；
（5）机械状态数据管理及振动状态分析软件ZGF 2000。

五、结语
通过对发电机组的振动情况进行布点测量，可以为后续的分析提供足够的数据支持，更好地进行振动故障的预防和处理，确保发电机组的稳定性。

参考文献
[1]首建威水轮发电机组振动测量、分析与研究[J] 《水电自动化与大坝监测》ISTIC -2013年5期-
[2]申健水轮发电机组的振动、摆度测量及在线诊断探讨[J] 《四川水力发电》-2012年2期-。