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摘要：抽水蓄能水轮发电机组的安全运行始终是电站企业管理和安全生产的主题，尤其是机组的振动监测对机组安全稳定的意义更大，在此种情况下，如何设置有效的振动监测手段和采用何种保护措施，用以监测机组振动是水电行业的重要课题。本文对此提出研究和建议，旨在解决抽水蓄能水轮发电机组在线状态监测系统的实施，实现其应有的预警、报警、振动保护之功能。
关键词：水轮发电机组；状态监测；探讨
中图分类号：U224.5 文献标识码：A 文章编号：
0 概述
随着电力生产和技术飞速发展，安全生产的技术和措施不断提高，就水电厂最重要的发电设备─水轮发电机组的安全保护更有创新和提高，发电机电气保护全部使用电子技术和微机保护，计算机监控系统代替了传统的水轮机自动化和水机保护，设备制造安装质量和技术更有显著提高，机组安全可靠系数也明显提高。但是，随着高转速大容量抽水蓄能机组运行，又有新的不安全问题出现，例如：机组结构部件稳定问题，机组振动区分布确定可运行区域和减少振动问题就成为水电厂安全运行中必须值得重视的问题。
1水轮发电机组状态监测装置存在的问题
近些年来水轮发电机组在线状态监测技术的开发应用，许多大型电站机组都安装状态监测装置，其各个厂家设计意图都有对振动原因分析和对机组振动的预警、报警和振动保护功能，实际是未能实现其功能。其原因一是装置本身可靠性差，数据不准或装置失灵。二是没有开发出振动原因分析，更没有开发出机组振动的预警、报警和振动保护功能。三是也有厂家研制了振动保护，是另采用一套振摆系统作为机组振动保护，以振动速度为监测和判断数据，可靠性差又价格昂贵，不能被行业认可。
如何设置有效的振动监测和保护装置，用以监测机组振动，分析原因，减少振动，在运行中提供预警、报警、振动保护信号，是当前水轮发电机组安全运行重要课题。本文对此提出研究和建议，中心议题是在水轮发电机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统中，实现其应有预警、报警、振动保护的功能。
2机组在线状态监测系统的基本构成
如前所述，在水轮发电机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统中，实现其应有预警、报警、振动保护的功能，就要求机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统工作可靠和监测准确。这就要求要实现合理的系统接线，优质的硬件选择设计，正版的应用软件和分析诊断软件开发设计，测点选择正确，传感器安装正确牢固等，其机组状态监测系统的稳定性子系统接线图如图一。
在线状态监测系统和各个子系统要实现的功能定位主要包括：数据显示，存储，传输，趋势分析和相关趋势分析；开发出相关的分析软件分析设备整体或部件的运行状态；具备实现预警、报警和振动保护功能的软硬件设计；具备事件追忆和运行中获得相关试验结果的功能；具备远方传输和远方诊断功能；具备状态报告自动完成的功能。
硬件系统包括：传感器、变送器、下位机、上位机、状态监测局域网、电厂广域网，用于远方传输的专线网或互联网等。
如图一：状态监测系统图
3如何实现机组的预警、报警、振动保护
3.1 基本原理
利用水轮发电机组状态监测中的机组稳定性系统（摆度，振动，压力及压力脉动）监测的数据经趋势分析和状态诊断，对機组振动和摆度变化进行预警和一级报警，同时对一级报警的量值进行跟踪和筛选，当其量值达到二级报警值并形成小组集群构成二级报警。当量值达到保护定值并形成集群达到全部设置报警的振动和摆度数量的80%时，列为振动保护输出（可作用于停机）。
3.2 量值的分级依据
振动报警的分级依据建议如下：A振动，摆度均采用全频峰峰值；B一级报警，二级报警值按现场规程相关规定；C一级报警为单项量值的报警，二级报警为按部件小组群的报警；D预警的形成是利用现在时的振动和摆度在不同的水头下对出力的相关趋势，与过去时的振动和摆度在不同的水头下对出力的相关趋势进同比。既是在同水头同负荷情况下后来的振动和摆度与之前振动和摆度相比较。
3.3 对状态监测装置的要求
一是稳定性监测系统测点要有标准配置。即配置：上导、下导、水导ＸＹ向摆度；上、下机架、水轮机顶盖ＸＹ向水平振动和Ｘ或Ｙ向的垂直振动等。二是数据采集要具备报警前追忆和报警后的数据连续采集功能。三是装置具备预警，一级报警，二级报警，振动保护输出接点及信号。
3.5振动预警的具体设置
在本功能投入使用后一段时间内，在各个水头段内振动和摆度值对出力的相关趋势，可确定在非振动区等分负荷点，其对应的振动摆度值就是其定值的基值，乘以120%即为预警定值。有了预警定值，在此之后的机组运行中，在各种水头和负荷下去的振动摆度值与其定值进行同比，超过定值即可报警。以前没有在某水头段内运行过，而现在有了该段水头运行情况，此时的振动摆度值的120%即为以后预警的定值。
3.6振动报警的具体设置
1）一级报警定值应按现场规程规定正常允许值的上限值的110%。并设置时限3—5分钟。对于新投入机组尚无规程规定时，可参照设计制造和投入运行一段时间数据确定。
2）二级报警定值应按现场规程规定正常允许值的上限值的130%。不加时限。二级报警要采取小组集群报警。即上机架（上导），下机架（下导），水轮机顶盖（水导）各自的振动和摆度为一组，半数以上量值达到即形成二级报警。
3.7振动保护定值的设置
1）振动保护定值为现场规程规定正常允许值的上限值的140%。
2）振动保护应在形成集群达到定值（即参加报警和保护全部振动摆度数量的80%及以上）才能输出信号形成保护功能。
4结束语
水轮发电机组的在线状态监测是一项庞大的系统工程，需要全体技术人员不断地探索和努力，以寻求内在的客观规律，并需要我们在生产现场要不断总结，而不仅仅从书本上寻找答案，现场是我们最好的老师！
参考文献
[1]发电设备状态检修与诊断方法
[2]水轮发电机结构运行监测与维修
关键词：水轮发电机组；状态监测；探讨
中图分类号：U224.5 文献标识码：A 文章编号：
0 概述
随着电力生产和技术飞速发展，安全生产的技术和措施不断提高，就水电厂最重要的发电设备─水轮发电机组的安全保护更有创新和提高，发电机电气保护全部使用电子技术和微机保护，计算机监控系统代替了传统的水轮机自动化和水机保护，设备制造安装质量和技术更有显著提高，机组安全可靠系数也明显提高。但是，随着高转速大容量抽水蓄能机组运行，又有新的不安全问题出现，例如：机组结构部件稳定问题，机组振动区分布确定可运行区域和减少振动问题就成为水电厂安全运行中必须值得重视的问题。
1水轮发电机组状态监测装置存在的问题
近些年来水轮发电机组在线状态监测技术的开发应用，许多大型电站机组都安装状态监测装置，其各个厂家设计意图都有对振动原因分析和对机组振动的预警、报警和振动保护功能，实际是未能实现其功能。其原因一是装置本身可靠性差，数据不准或装置失灵。二是没有开发出振动原因分析，更没有开发出机组振动的预警、报警和振动保护功能。三是也有厂家研制了振动保护，是另采用一套振摆系统作为机组振动保护，以振动速度为监测和判断数据，可靠性差又价格昂贵，不能被行业认可。
如何设置有效的振动监测和保护装置，用以监测机组振动，分析原因，减少振动，在运行中提供预警、报警、振动保护信号，是当前水轮发电机组安全运行重要课题。本文对此提出研究和建议，中心议题是在水轮发电机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统中，实现其应有预警、报警、振动保护的功能。
2机组在线状态监测系统的基本构成
如前所述，在水轮发电机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统中，实现其应有预警、报警、振动保护的功能，就要求机组在线状态监测系统的机组稳定性子系统工作可靠和监测准确。这就要求要实现合理的系统接线，优质的硬件选择设计，正版的应用软件和分析诊断软件开发设计，测点选择正确，传感器安装正确牢固等，其机组状态监测系统的稳定性子系统接线图如图一。
在线状态监测系统和各个子系统要实现的功能定位主要包括：数据显示，存储，传输，趋势分析和相关趋势分析；开发出相关的分析软件分析设备整体或部件的运行状态；具备实现预警、报警和振动保护功能的软硬件设计；具备事件追忆和运行中获得相关试验结果的功能；具备远方传输和远方诊断功能；具备状态报告自动完成的功能。
硬件系统包括：传感器、变送器、下位机、上位机、状态监测局域网、电厂广域网，用于远方传输的专线网或互联网等。
如图一：状态监测系统图
3如何实现机组的预警、报警、振动保护
3.1 基本原理
利用水轮发电机组状态监测中的机组稳定性系统（摆度，振动，压力及压力脉动）监测的数据经趋势分析和状态诊断，对機组振动和摆度变化进行预警和一级报警，同时对一级报警的量值进行跟踪和筛选，当其量值达到二级报警值并形成小组集群构成二级报警。当量值达到保护定值并形成集群达到全部设置报警的振动和摆度数量的80%时，列为振动保护输出（可作用于停机）。
3.2 量值的分级依据
振动报警的分级依据建议如下：A振动，摆度均采用全频峰峰值；B一级报警，二级报警值按现场规程相关规定；C一级报警为单项量值的报警，二级报警为按部件小组群的报警；D预警的形成是利用现在时的振动和摆度在不同的水头下对出力的相关趋势，与过去时的振动和摆度在不同的水头下对出力的相关趋势进同比。既是在同水头同负荷情况下后来的振动和摆度与之前振动和摆度相比较。
3.3 对状态监测装置的要求
一是稳定性监测系统测点要有标准配置。即配置：上导、下导、水导ＸＹ向摆度；上、下机架、水轮机顶盖ＸＹ向水平振动和Ｘ或Ｙ向的垂直振动等。二是数据采集要具备报警前追忆和报警后的数据连续采集功能。三是装置具备预警，一级报警，二级报警，振动保护输出接点及信号。
3.5振动预警的具体设置
在本功能投入使用后一段时间内，在各个水头段内振动和摆度值对出力的相关趋势，可确定在非振动区等分负荷点，其对应的振动摆度值就是其定值的基值，乘以120%即为预警定值。有了预警定值，在此之后的机组运行中，在各种水头和负荷下去的振动摆度值与其定值进行同比，超过定值即可报警。以前没有在某水头段内运行过，而现在有了该段水头运行情况，此时的振动摆度值的120%即为以后预警的定值。
3.6振动报警的具体设置
1）一级报警定值应按现场规程规定正常允许值的上限值的110%。并设置时限3—5分钟。对于新投入机组尚无规程规定时，可参照设计制造和投入运行一段时间数据确定。
2）二级报警定值应按现场规程规定正常允许值的上限值的130%。不加时限。二级报警要采取小组集群报警。即上机架（上导），下机架（下导），水轮机顶盖（水导）各自的振动和摆度为一组，半数以上量值达到即形成二级报警。
3.7振动保护定值的设置
1）振动保护定值为现场规程规定正常允许值的上限值的140%。
2）振动保护应在形成集群达到定值（即参加报警和保护全部振动摆度数量的80%及以上）才能输出信号形成保护功能。
4结束语
水轮发电机组的在线状态监测是一项庞大的系统工程，需要全体技术人员不断地探索和努力，以寻求内在的客观规律，并需要我们在生产现场要不断总结，而不仅仅从书本上寻找答案，现场是我们最好的老师！
参考文献
[1]发电设备状态检修与诊断方法
[2]水轮发电机结构运行监测与维修