北京华科同安公司-xx水电站机组在线监测系统技术方案(doc43页)

北京华科同安公司-xx水电站机组在线监测系统技术方案(doc43页)内容摘要：

图 2 系统 设备布置 图 石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 1 4 设备配置 传感器 传感器选型总表 根据 石泉 水电站 各机组结构特点， 结合我们长期从事水电机组状态监测分析的经验， 推荐 适合本项目要求的各类传感器，汇总如下： 传感器选型总表 序号 测 点 名 称 传感器类型 传感器 型号 生产厂家 1 键相 和 摆度 电涡流传感器 IN081 德国申克 2 轴向位移 电涡流传感器 TR081 湖南天瑞 3 机架振动 振动速度传感器 MLS9 北京豪瑞斯 4 压力脉动 绝对压力变送器 21S 瑞士 Keller 键相和摆 度 传感器 本方案推荐采用德国申克公司的 IN081 一体化涡流传感器。 该传感器可靠性好、性能稳定、安装方便，且安装间隙（约 2mm）比一般涡流传感器（通常为 ）要大，可以有效避免传感器与被测面之间碰磨。 该传感器已在国内大量水电机组上得到应用，包括我公司承担的三峡左岸电站、 三峡右岸电站、拉西瓦水电站、小湾水电站、公伯峡水电站、重庆彭水水电站、广西岩滩水电站、 贵州东风水电站等。 申克 IN081 一体化涡流传感器主要技术参数如下： ◆ 测量原理：涡流 ◆ 频响范围： 0～ 10KHz(3dB) ◆ 测量范围： 2 mm ◆ 平均工作位置 ：约 2 mm ◆ 灵敏度： 8mV/μ m ◆ 误差： 满足 API670 的要求 ◆ 工作温度： 10～ +125176。 C ◆ 储存温度： 30～ +125176。 C ◆ 电缆长度：最大 1000 米 ◆ 供电电压： 18V～ 30VDC， @5mA 振动传感器 对于水轮机组来说，低频振动是其固有的特性，例如，尾水管涡带的脉动频率一般是机组转频的 1/4 左右。 所以，水轮机组的固定部件的低频振动测量一直是个难点。 石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 2 加速度传感器尽管其频响下限也可以很低，但是由于机组固定部件振动的加速度很小， 加速度传 感器的信号输出 微弱 ， 且换算成位移量纲需要进行两次积分，造成很大测量误差，因此实际在水电机组上也不宜用加速度传感器来监测上机架、下机架、顶盖、定子机座等处的振动。 加速度传感器一般应用于频率较高或有较大冲击的地方，可用于水轮发电机 定子铁芯振动 （通常为 100Hz 的电磁激振频率） 的测量。 速度传感器一般采用磁电式原理，不需要外部供电，便于安装，而且只需要一次积分就可转换为位移量纲，所以，在我国旋转机械振动测量中被广泛采用，如汽轮发电机组瓦振动的测量普遍采用磁电式速度传感器。 但通常速度传感器的低频响应特性不好，其频响 下限一般在 以上。 虽然近年来国外公司也推出了一些低频速度传感器，但在中国水电机组上还没有比较好的应用效果，其中有美国 Bently 公司最新推出的 330505 低频速度传感器，其频响下限可达 ，在中国未见有应用；瑞士Vibrometer 公司的 CV210 低频速度传感器的频响下限为 1Hz，在三峡左岸电站 Alstom机组上有应用，但效果并不好。 这些国外厂家的低频速度传感器价格普遍昂贵，很难在机组状态监测领域广泛采用。 针对水电机组 低频 振动 的 特点，国内部分传感器 厂家进行了许多研究开发工作，取得了长足的进步 ， 其 速度传感器的 低频 下限可达 ，而且迅速占领了国内水电机组在线监测市场。 其中最有代表性的是 北京豪瑞斯公司 生产 的 MLS9 系 列 低频速度传感器， 该传感器内置低频补偿电路，其频响下限可达 ，甚至达。 从大量工程实践实际使用效果来看，用该低频速度传感器来检测机组各支撑部件的振动可以取得比较理想的测量效果。 本系统推荐采用北京豪瑞斯公司生产的低频速度传感器 MLS9。 与其它振动传感器相比， MLS9 型低频振动速度传感器具有工作频率低、长期运行可靠、互换性好的特点。 该传感器已在国内大、中型水电机 组上得到广泛应用，我公司承担的 三峡左岸电站、三峡右岸电站、拉西瓦水电站、小湾水电站、公伯峡水电站、重庆彭水水电站、广西岩滩水电站、贵州东风水电站、 浙江乌溪江水电厂等项目也采用该传感器。 MLS9 型低频振动速度传感器主要技术参数如下：  灵敏度： 8V/mm177。 5%  工作频率范围： ～ 200 Hz (3dB)  量程： 177。 1000μ m  幅值线性度： ＜ 5%  工作温度： － 30～ +60176。 C 石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 3 轴向位移 传感器 轴向位移 传感器测量 量程一般要求较大，故我们推荐采用湖南天瑞 的 TR81 电 涡流传感器 ，其测量范围 最大可达 20mm，可满足测量要求。 TR81 电 涡流传感器主要技术参数如下： ◆ 测量原理：涡流 ◆ 频响范围： 0～ 10KHz(3dB) ◆ 测量范围： 20 mm ◆ 灵敏度： ◆ 线性误差： 177。 1% ◆ 灵敏度误差：177。 2% ◆ 工作温度： 10～ +150176。 C ◆ 储存温度： 30～ +150176。 C ◆ 供电电压： 24VDC， @5mA 绝对压力变送器 水轮机的稳定性问题很大程度上是由水力方面的原因造成的，所以对水轮机各过流段的压力脉动进行监测分析，可以全面掌握机组 的水力特性，指导机组运行。 本项目不仅要求所选变送器具有很高的测量精度，而且要求具有良好的动态特性以满足实时监测的要求。 为此，压力（脉动）传感器我们选用瑞士 Keller 公司的 21Y系列压力传感器，该传感器频响高，响应速度为 ，特别适用于水轮机组的压力脉动测量。 Keller 压力传感器主要技术参数如下： ◆ 精度 ： 177。 ％ ◆ 响应速度 ： ◆ 工作电源 ： 8～ 28VDC ◆ 输出： 4～ 20mA ◆ 量程： 可选 ◆ 温度极限：－ 20～ 80℃ ◆ 防护等级： IP66 石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 4 数据采集站 数据采集站设备配置 每台机组配数据采集站一个，数据采集站设备安装在一标准机柜内，标准机柜 应与主体工程 机柜 一致。 机柜内数据采集单元需要根据每台机组监测的参数数量和信号类别来确定，一般振动、摆度、压力脉动等稳定性参数共用一个数据采集单元。 为方便就地监视和维护，机柜内应配置 1 个工业液晶显示器。 机柜内还应配置一套交直流双供逆变电源装置，以提高电源可靠性。 机柜内还需配置一套传感器电源装置，为各传感器提供工作电源。 为实现网络通讯，一般机柜内还需配置光纤 交换机。 根据测点配置情 况，每台机组的 机柜内需 放置 TN8000 数据采集箱 1 台、 15″工业液晶显示器 1 个、 光纤收发器 1 个 、 传感器电源模块 1 套 、端子 及 辅件 等。 数据采集站设备配置清单如下： 序号 设 备 名 称 规格型号 生产厂家 单位 数量 备 注 1 振动、摆度、压力脉动 数据采集箱 TN8001 华科同安 套 1 2 工业液晶显示器 51G BENQ 台 1 3 机柜内传感器电源及辅件 TN8016 华科同安 套 1 4 光纤收发器 台湾 台 1 5 键盘、鼠标 国产 套 1 6 盘柜 2200 800 600 国产 个 1 TN8000 数据采集箱 TN8000 数据采集箱是数据采集站的核心设备，主要负责各种信号的采集、存储和数据处理，并进行实石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 5 时监测和分析，同时对相关数据进行特征参数提取，得到机组状态数据，完成机组故障的预警、并将数据通过网络传至数据服务器，供进一步的状态监测分析和诊断。 TN8000 数据采集单元 采用模块化结构，具有多重容错和抗干扰技术，采用先进的 硬件设计和制造工艺 ，已有 400 多台 应用在水电、火电机组上，具有高度的可靠性，已在工业现场得到长期实践考验。 TN8001 振动摆度压力脉动数据采集箱 振动 、 摆度 、 压力脉动 及工况参数均可由 TN8004 快变量采集模块采集 ，每块模块可采集 8 个通道，每个数采箱可最多配置 6 块快变量模块，即 48 个快变量参数。 根据 石泉 水电站 机组的测点配置情况，每台机组需要配置 1 个 TN8001 振动摆度压力脉动数据采集箱 ， 测量模块配置可 根据最终监测参数确定。 另外，每个采集箱还需配置 键相模块 1 块（ 1 通道 /块）、继电器输出模块 1 块（ 16 路 /块）、系统板与存储板各1 块。 通过 TN8001 数据采集箱的数据采集，系统可以得到不同工况下信号各频段范围内的准确可靠的 实时数据，为后续分析和故障诊断提供可信的状态数据。 通过 继电器输出模块， TN8000 系统可向外输出 16 路独立的继电器信号， 继电器信号 逻辑可组态。 TN8001 振动摆度压力脉动数据采集箱配置： 备 用 继电器输出模块 模拟量输出模块 模拟量输入模块 压力监测模块 振动监测模块 振动监测模块 摆度监测模块 键相模块 系统板 存储板 TN8001智能高速数采箱 TN8000 数据采集箱模块化结构特点 TN8000 数据采集箱采用标准的积木式模块化结构，可以热插拔。 由框架、系统板和各种采集模块组成。 每个 TN8000 智能数据采集箱所需的数据采集板的类型和数量可根据现场传感器的数量、信号类型进行灵活配置。 智能数据采集箱中各模块均可独立工作，其中某一通道或某一模块的故障不会影响其他通道或其他模块正常工作。 某一模块发生故障时用户仅需自行用备用模块更换即可。 采集箱内提供导轨以便于插拔，模块安装后可用紧固螺钉锁紧以防止误插拔。 具有安装、维护、更换方便、可靠性好的特点。 各采集模块前面板每个通道均具有通道 OK 指示灯，通道正常工作时指示灯为绿石泉水电站 机组在线监测系统 《技术 方案 》 北京华科同安公司 6 色，当某一通道或某一采集模块出现故障时，对应 OK 指示灯就会熄灭。 TN8000 数据采集箱采集模块 TN8000 智能数据采集箱可以提供多种采集模块： 快变量 监测 模块用于采集各种摆度 、振动、压力脉动和工况 信号 ； 键相模块用于采集键相 /转速信号； 空气间隙模块用于采集空气间隙信号和磁通量信号； 继电器输出模块用于输出报警信号或保护动作信号； 系统板用于协调各采集模块工作，并提供串行通讯接口和以态网络接口，与外部设备进行通讯； 存储模块用于存储数据采集箱有关程序和部分机组状态数据。 TN8000 硬件技术特点 模块化结构，系统扩 展、安装、维护方便，可靠性高。 基于计算机中断技术、 DMA 技术、 FIFO 技术及最新模拟数字电子技术开发的硬件系统，保证了数据采集的实时性、准确性和可靠性。 整周期控制电路采用新颖的自适应锁相环技术，避免了在信号分析中的泄漏效应和栅栏效应。 采集电路采用了先进的自动跟踪抗混滤波器和自适应放大电路，减少了混叠误差和量化误差，保证了采 样精度。 键相采集板采用了阀值电平自动跟踪电路，克服了必须经常调整阀值电平的麻烦，提高了系统的可靠性。 采用多重容错、自诊断和抗干扰技术，保证系统安全可靠。 对机组的振动、摆度、压力脉动、发电机空气间隙和磁通量信号进行同步整周期采样，确保采集数据的实时、同步和完整。 一次采样 32 个周期，确保能够捕捉水轮机组特有的低频随机信号。 采样频率可通过设置软件进行设备，可满足现场的不同需要。 采用多种硬件故障检查手段，包括上电自检、周期自检和用户启动自检。 各采集模块均提供通道 OK 指示灯和采集板正常工作指示灯，当某一通道或某一采集模块出现故障时，对应 OK 指示灯就会熄灭，同时在显示器画面上就会出现硬件故障报警指示。 硬件稳定性：存储单元采用电子盘存储，没有硬盘 和风扇等易损部件，可保证系统稳定可靠运行 ，并具有较高的抗震能力。 硬件 独立性 ： 数据采集单元及各采集。