【摘要】振动是影响水轮发电机组正常运行和危害机组寿命的主要故障，本文主要介绍6600监测仪表在水电机组的应用和配置要求。
【关键词】水电机组 振动 频率 转速 电涡流传感器
一、振动监测装置主要技术要求
每台机组振摆监测装置配置一套振动、摆度在线监测系统，该单元系统包括传感器、前置放大器、电缆、监测分析模块。系统可以位移（毫米或微米）显示振动、摆度的峰峰值，每个通道可输出继电器报警和4-20毫安模拟量信号到电站计算机监控系统。主要技术要求如下：
1）轴摆度测量
单元系统配置6个电涡流传感器，分别在发电机上导轴承、下导轴承、和水轮机导轴承附近各安装2个传感器，用来测量主轴X和Y方向的摆度。传感器、前置放大器引出线连接到发电机端子箱中。监测分析显示单元安装在发电机表计盘上，可与计算机监控系统通信传输数据。
2）机架和水轮机顶盖振动
单元系统配置8个速度振动传感器（频率响应范围0.5HZ开始）,其中2个传感器安装在上导轴承支架上，测量X和Y方向的水平振动；3个传感器安装在发电机下导轴承支架上，测量水平和X、Y方向的垂直振动；3个传感器安装在水轮机顶盖上，测量水平和X、Y方向的振动。传感器、前置放大器引出线连接到发电机端子箱中。监测分析显示单元安装在发电机表计盘上，可与计算机监控系统通信传输数据。
3）定子铁芯振动
单元系统配置3组电磁振动传感器（100HZ）,等间距布置在定子机座附近定子铁心外缘中部。每组包括2个防磁加速度传感器，分别测量铁芯水平和垂直振动。传感器、前置放大器引出线连接到发电机端子箱中。监测分析显示单元安装在发电机表计盘上，可与计算机监控系统通信传输数据。
4）定子机座振动测量
单元系统配置2个速度型振动传感器（频率响应范围0.5HZ开始）,布置在定子铁心紧固件内铁芯2/3高度处，测量铁芯X和Y方向的水平振动。传感器、前置放大器引出线连接到发电机端子箱中。监测分析显示单元安装在发电机表计盘上，可与计算机监控系统通信传输数据。
二、单元系统主要配置及技术特点
6600机组振动摆度监测保护系统是由2100系列机组摆度传感器、9200VO系列振动速度传感器、6600系列机组振摆监测保护仪表组成。
6600监测仪表系统由若干个可独立完成特定监测保护功能的监测表组成，每一块监测表具有独立的显示器、DSP数据处理器、存储器、电源、联锁继电器、接线端子、通讯接口组成。可以通过现地编程实现需要的测量功能，而无须跳线、开关或更换器件。
· API670标准生产
· 每组表自备电源
· 背光点阵液晶显示
· 数字化技术
· 系统状态通过前面板编程
· FFT谱、倍频幅值相位
· 30分钟触发状态趋势和当前频谱
· 可升级EPROM固化软件
· 提供MODBUS通讯协议
除传统的监测保护功能外，6600系列仪表还提供频率分析功能，包括倍频分析（幅值和相位）、FFT分析、转速分析。每一模块均带有RS-485串行通信接口，MODBUS通讯协议，可以与计算机或DCS系统（主控机）通讯。每一主控机可同时与若干个模块通讯。在完成监测保护功能的同时，6600连续采集幅值数据，放入数据缓冲区内，以每分钟一个的间隔连续记录30分钟的数据，共30个数据，数据采用先进先出方式。如果机器测点达到危险报警值，这些数据连同最新测量的频谱被移入特殊保护的存储区内。同一机组的所有仪表通过硬线可以组合到一起，机组的各测点中的某一点出现危险报警时，各监测表上述数据可同时被保存起来，供事故分析之用。所有记录的数据可以通过串行接口与计算机通讯，传到计算机中供详细分析。
6600系列分析式监测保护仪表采用液晶棒条显示和数字显示结合的方式，第一页面下部显示幅值棒条，上部显示数字值，数字显示每五秒自动切换一次，第二页面显示转速(需键相信号输入)，探头间隙电压及模块串行通信地址，由按键切换。全部可编程菜单可在屏幕上显示，如传感器故障和报警状态也会自动显示出来。
1、技术特点
6600系列保护系统基于先进的DSP数字电子技术，用于机组监测和保护。它不仅能监测机械的振动和轴位移等，也能监测相关的工艺参数，如温度、压力、流量以及透平参数TSI(壳涨、差涨、阀位和偏心)等等。产品通过ISO9001认证，满足和超过API670标准以及本安型防爆标准。
1）仪表参数设置
全部监测参数和状态可由前面板设置，不需更换任何器件和跳线。因此可以最大限度地减少备件。同类型可互换。全部设置参数可以在显示屏幕上显示。而修改可由系统密码保护，以防误修改。
2）仪表数据记录
全部监测仪表均采用数字电路，可靠性高。除传统的监测保护功能外，还具备30分钟趋势，振动监测表还具有测量1x,2x,3x幅值和相位，以及200线FFT谱的分析能力。一旦设备出现报警，系统会自动记录全部数据，并存储在专用报警存储器中以备分析之用。这些功能均是在不增加任何仪表成本下提供，无任何附加设备。
3）仪表系统显示
采用液晶棒条显示和数字显示结合的方式，第一页面下部显示幅值棒条，上部显示数字值，数字显示每五秒自动切换一次，第二页面显示时钟，转速，探头间隙电压及模块串行通信地址，各页面由按键切换。
4）仪表数据通讯
每一模块均带有RS-485串行通信接口,采用MODBUS通讯协议，可以与工厂使用的DCS系统通讯,每个6600表后背板均有一个通讯口并可通过组态设置通讯地址和速率等参数,各表之间通过菊花链连在一起并最终连到主机.每个6600保护表均配有两个4-20mA输出端子,可为DCS系统提供模拟输入.每个6600表配有7个继电器,其输出可作为DCS的开关量输入。
5）仪表框架
仪表采用7”高仪表框架，可比其它类仪表节省约50％的仪表盘空间。
6）键相位
6652轴振动监测仪表均可接受键相输入，用于转速和相位测量，故无需专门配置键相仪表。
7）电源和继电器
每一仪表均配有独立的电源和继电器模块。每个模块有七个继电器，一个用于系统状态，其余六个可用于报警状态。各继电器的动作状态可由前面板按键设置。
2、系统配置
6600机组振摆监测保护表系统是由仪表框架、6622振动监测表、6652摆度监测表、6686振动监测表、6691电源及继电器插板组成。
1）仪表框架:
6625HIS-12：可安装12个监测表（每个监测表2个通道）
2）6691电源和继电器插板
每个槽位配置1个6691电源板，直接为监测表供电；同时6691板上的继电器的输出直接联接到监测表的后背板。6691可提供+/-18，+/-24，-12V的直流电源，为传感器和前置放大器提供电源。6691电源板的供电可用一个交流和两个直流供电的任意组合，最多达三组电源供电。当某一电源失效时，该监测表的供电电源可在几组输入电源中自动切换。
3）6652机组摆度监测表
单元系统配置3块6652测仪表（6个通道），用来监测水轮机组上导、下导和水导的X和Y方向摆度。振动信号的幅值和频率成分以及轴的径向位置(直流间隙电压)是机器状态的很好的指示，并且可检测大量的机器问题，包括：不平衡、磨损、予加负荷状况/不对中、转子裂纹以及转动零件与固定零件的摩擦。另外，6652监测表都接受转速输入以便提供阶比分析功能。
6652监测表为从电涡流位移传感器输入的信号提供连续的监测。6652独立监测每个通道输入信号的总值。用户可以定义一个低通滤波器限定信号的频带。同时，6652连续将带通信号总值与报警和危险设定值进行比较。监测表提供的保护满足并在有些方面超过API670标准要求。
如果用户将一个1倍转速信号接入监测表，6652可以计算振动前三倍频的幅值和相位。同时系统还计算最大频率为机组转速6倍的频谱（180到7500RPM），对于高速设备（最大转速15000RPM），监测表以转速的3倍为分析频带计算频谱。如果没有转速信号输入，6652按1KHz分析频带计算频谱，但不提供倍频幅值和相位信息。
监测表存储各通道最后30分钟的总值（1分钟1个点）以及最新频谱。当发生危险报警或来自其它监测表的第一输出报警时，6652将此数据存储到另外一个存储区。这样可使用户利用此功能事后分析引起危险报警的原因。用户可通过MODBUS通讯协议利用监测表后部接线端子上的4线多点串口线得到这些数据。
4）6686机组低频振动监测表
单元系统配置5块6686振动检测仪表，测水轮机组上下机架顶盖和定子机座的振动。6686监测表为从加速度传感器输入的信号提供连续的监测。6686独立监测每个通道输入信号的总值。用户可以定义一个低通和一个高通滤波器限定信号的频带。如果用户将一个1倍转速信号接入监测表，6686可以计算振动前三倍频的幅值和相位。同时系统还计算最大频率为机组转速6倍的频谱（180到7500RPM），对于高速设备（最大转速15000RPM），监测表以转速的3倍为分析频带计算频谱。如果没有转速信号输入，6686按1KHz分析频带计算频谱，但不提供倍频幅值和相位信息。
监测表存储各通道最后30分钟的总值（1分钟1个点）以及最新频谱。当发生危险报警或来自其它监测表的第一输出危险报警时，6686将此数据存储到另外一个存储区。这样可使用户利用此功能事后分析引起危险报警的原因。用户可通过MODBUS通讯协议利用监测表后部接线端子上的4线多点串口线得到这些数据。
5）6622机组摆度监测表
单元系统配置3块6622测仪表（6个通道），用来监测定子铁心振动。6622监测表为速度传感器输入的信号提供连续的监测。6622独立监测每个通道输入信号的总值。用户可以定义一个低通和一个高通滤波器限定信号的频带。如果用户将一个1倍转速信号接入监测表，6622可以计算振动前三倍频的幅值和相位。同时系统还计算最大频率为机组转速6倍的频谱（180到7500RPM），对于高速设备（最大转速15000RPM），监测表以转速的3倍为分析频带计算频谱。如果没有转速信号输入，6686按1KHz分析频带计算频谱，但不提供倍频幅值和相位信息。
监测表存储各通道最后30分钟的总值（1分钟1个点）以及最新频谱。当发生危险报警或来自其它监测表的第一输出危险报警时，6686将此数据存储到另外一个存储区。这样可使用户利用此功能事后分析引起危险报警的原因。用户可通过MODBUS通讯协议利用监测表后部接线端子上的4线多点串口线得到这些数据。
6）2100机组摆度监测传感器系统
单元系统配置6个2100系列电涡流传感器。2100系列摆度传感器的设计满足美国石油协会标准(API)670的严格要求，它是当今最先进的非接触传感器系统之一。2100系列在设备监测系统的精度、可靠性和易用性方面开创了新的标准。系统由三个部件组成：传感器、延长电缆和前置器。
非接触式传感器是一种线圈封装型装置，可以测量设备的相对位置变化。它的原理是在被测对象的材料中产生涡流，然后测量被测对象表面运动时电流的变化。随着被测对象靠近/远离传感器，能量损耗增加/减少。这种能量损失的变化反映在调制信号中，最终表现为电压值和传感器到被测表面的距离成比例。
|
|
2107，80 mil 传感器
|
|
线性量程*
|
约2,000µm (80mils)
|
|
灵敏度*
|
787mV/100µm (200mV/mil)
|
|
灵敏度误差*
|
不大于±4%
|
|
标度因数误差
|
不超过787mV/100µm的±5%(以完整系统校准)
|
|
线性度
|
不超过200mV/mil的±0.8mils(以完整系统校准)
|
|
温度
范围
|
传感器
|
-40到+177ºC(-40到+350ºF)
|
|
延长电缆
|
接头：最高+125ºC(247ºF)
|
|
前置器
|
-38到+80ºC(-36到+176ºF)
|
|
运行湿度范围
|
30到95%RH(非凝结，不可淹没水中)
|
|
供电
|
-17.5VDC到-26VDC
|
|
最大输出电压
|
约-22VDC(供电电压-24VDC时)
|
|
电流消耗
(10kW负载电阻)
|
最大-16mA
|
|
频率响应
|
DC到20kHz(-3dB)
|
|
输出阻抗
|
50W
|
|
头部直径
|
约5mm或约8mm
|
|
电缆头部直径
|
最大约6mm
|
|
接头头部直径
|
最大约9.5mm (镀金SMA接头)
|
|
接头材质
|
不锈钢，镀金
|
|
传感器电缆长度
|
0.5m或1m
|
|
系统电缆长度
|
电缆长度+延长电缆长度5m ±10%或9m ±10%
|
*-24V电源、25ºC条件下，相对于AISI 4140 钢(厚度³200mils或5mm)的平整表面标定。
7）793型速度传感器
单元系统配置10个793型速度传感器和积分放大器,用来测量机架振动、水轮机顶盖振动、定子机座振动
9200VO主要技术指标
|
灵敏度（V/m/s）
|
2.6
|
|
通频带
|
水平 0.5~30
|
|
垂直 0.5~30
|
|
分辨率
（与前置器配接后）
|
速度（m/s,p-p）： 2×10-7
|
|
位移（m,p-p）： 3×10-7
|
|
最大量程
（与前置器配接后）
|
速度(m/s,p-p)： 3×10-2
|
|
位移（m,p-p）： 1×10-3
|
|
输出负荷电阻（K）
|
300
|
|
尺寸、重量
|
Φ45×85mm； 0.9kg
|
8）、FOA110型光纤加速度传感器
单元系统配置6个FOA110型光纤加速度传感器,用来测量定子铁芯水平垂直振动
主要技术特点:
· 电气绝缘超过27 kV (传感器头和信号调理单元)
· 重量轻(无金属部件传感器头重量约20 g)
·对电磁场不敏感
·良好的热稳定性
· 引出电缆长度可选6或10米
· 密封过度接头/调理器
主要技术参数:
· 频率范围: 30 Hz- 350 Hz ± 5 %;
· 谐振频率大于500 Hz;
· 动态范围:0 - 1 mm 峰峰/100 Hz;
· 传感器头连续工作温度: + 90°C.
· 输出灵敏度: 100 mV/g
· 电源: +24VDC +/- 20%
三、系统的网络结构
个人简历
作者：姜先军
性别：男
出生日期：1977年
工作单位：哈尔滨新利德电站设备有限公司
部门：技术部
职务：机械工程师
电子邮箱：jiang_0514@163.com
1997.8 -2001.7 哈尔滨工业大学学习
2001.8-2008.2 哈尔滨瑞格大电机技术有限公司
2008.2-目前 哈尔滨新利德电站设备有限公司
主要工作经验
太平湾发电厂50Hz、60Hz水轮发电机机组振动摆度监测系统工程的现场安装、调试及技术指导与监督；
白山一期发电厂水轮发电机振动的原因分析及整体方案的确定；
白山抽水蓄能电站振动摆度监测系统的整体方案制定，测量振动元器件的选型及现场安装、调试及技术指导与监督；
太平湾发电厂50Hz、60Hz水轮发电机机组振动摆度监测系统工程的现场安装、调试进行技术指导与监督；
白山发电厂水轮发电机气隙监测系统工程的现场安装、调试和验收试验进行技术指导与监督。
白山发电厂水轮发电机汽蚀监测系统工程的现场安装、调试和验收试验进行技术指导与监督。
三峡右岸发电机发电机上导油槽液位计、推力油槽液位计、水导油槽液位计的现场测绘、方案设计产品选型；
和信火力发电厂1#、2#机组高排改造项目的现场安装与调试。
《白山抽水蓄能电站监测系统自动化元件投标书》的编制与投标工作；
《葛洲坝水力发电厂机组自动化元件投标书》的编制工作；
