长洲水电站机组状态监测系统的介绍和实践应用

长洲水电站机组状态监测系统的介绍和实践应用

曾城陆德强

国家电投集团广西长洲水电开发有限公司广西梧州543002

摘要：本文详细介绍PSTA2003机组状态监测系统在长洲水电站的功能实现及应用情况。经过实践证明，该系统为评价机组特性和运行状态提供了大量可靠的技术依据，也为水电站的无人值班，少人值守提供了实现平台，本文对于掌握机组在线监测系统的运行特性和安装指导具有重要的作用。

关键词：水电站；状态监测；振动；摆度；机组特性

1概述

长洲水电站共装有15台42MW贯流式水轮发电机组，总装机容量为630MW，年发电量30.143亿Kwh，是国家“西电东送”计划和广西实施西部大开发战略的重点项目。PSTA2003系统自2009年初在长洲水电站投运以来，对掌握机组的不稳定工况区、机组变负荷特性、变水头特性，进行机组性能试验，及时发现事故和分析事故原因，起到了非常重要的作用。

PSTA2003系统是集计算机监控、数据采集与处理、报警等多项功能为一体的综合稳定性单元采集装置。它采用了分布式智能模件以及现场总线网络等先进技术，在降低投资成本的同时，优化了系统结构。该装置自投运以来，为长洲水电站“无人值班（少人值守）”提供了一种新的监测方式。

2系统配置

2.1系统结构布置

PSTA2003型在线监测系统由现地采集预处理单元、传感器、数据服务器、应用服务器和客户端、现场总线网络、逆变电源及其他附属设备组成，各机组采用相同的硬件平台，每台机组完成特定的功能，功能划分清晰，机组之间使用交换机组网，连接简单。地采集预处理单元与服务器通过现场总线实现内部的信息交换。在线监测系统现地采集预处理单元和现地地人机界面连接，实现对外的信息传递，是一种先进的体系结构。

2.2功能单元介绍

采集预处理单元：实现稳定性监测的数据采集、处理、报警和人机接口、通讯。

数据服务器：接收由现地采集预处理单元所有预处理程序发送来的数据，按照采集时间合并所有数据，并按照数据存储规则完成数据向状态数据服务器的写入，这是完成各预处理单元采集数据同步的关键。

应用服务器：应用服务器是状态监测系统的窗口设备，特别优化的数据压缩技术，解决通信的流量和系统的流畅性，使得系统在网上高速运转成为可能。

已监测测点汇总：组合轴承振动及摆度、水导轴承振动及摆度、受油器振动、灯泡体振动、轴向位移、转速、转轮室振动。

与监控通讯量：导叶开度、桨叶开度、励磁电流、励磁电压、励磁开关、发电机出口断路器、正推力瓦温度、反推力瓦温度、径向瓦温度、水导瓦温度、空冷器热风温度等。

3功能的实现

长洲电厂在线监测系统主体采用PSTA2003系统平台，通过对水力机组的运行稳定性（包括振动、摆度、压力脉动等物理量）等在线监测，同时与计算机监控系统的监测信息进行同步通讯，建立功能较为完备的跟踪分析系统，提供报警、预警、状态分析、性能评价、故障诊断等一系列工具和手段，为机组的安全运行，优化调度和检修指导提供有力的技术支持。同时利用在线监测数据和处理结果，综合计算机监控系统等信息和专家知识进行故障分析及诊断（包括数据共享和远方诊断），实时掌握水轮发电机组健康状况，为状态检修提供辅助决策并实现与其他系统的信息共享，并为MIS系统提供数据。

3.1该系统有以下功能特点

对机组机械各种状态量进行实时监测及报警，方便运行人员掌握机组运行工况。

针对所测量机组的机械振动、摆度、轴向位移、压力脉动等大量数据，提供实用的数学模型及指标先进的信号分析技术，以满足正确分析状态特征的需要。

对运行中的机组进行不间断实时在线监测，使系统具有完备的机组机械运行记录，为机组积累大量的数据，并形成厂内水电机组运行状态综合数据库。

机组故障诊断功能，提供机械设备状况异常的部位详细数据及恶化水平，为机组检修提供依据或参数，从而逐渐形成实用的电厂机组设备状态诊断系统。

系统实际运行的界面详细直观，可帮助专职人员加强对机组机械状况的深入了解，提高管理及维修水平。

远方客户端功能，通过与厂内MIS系统连接，使得在厂内MIS系统范围内都可有效地对机组状态进行监测分析，制作相应的状态报告，支持运行分析中心的建立和工作。

4系统网络结构

根据长洲水电厂机组状态监测系统整体规划，系统仍采用多层网络结构，PSTA2003系统建立在由电厂局域网、广域网和运行分析中心局域网组成的网络平台上。

图1外江厂房系统网络结构图

状态监测系统由上下位机两部分组成，上位机系统包括数据服务器、应用服务器和客户终端，下位机系统由现地盘柜及其信号采集预处理单元和传感器组成。

安装在机组各部位的传感器将各种物理信号转化为电信号，传送到各状态监测子系统，各子系统将这些信号采集和处理，得到反映机组运行状态的各种特征参数，曲线，图表等，统一存储到状态数据服务器。状态数据服务器还会自动运行分析和诊断软件，定期提供状态检查日志，状态发展趋势，自动存储有故障时的监测数据等。应用服务器负责发布数据服务器中的数据、分析结果、诊断结果。电厂局域网内的所有用户终端和通过广域网接入的其他用户终端都可以通过浏览器查询状态数据服务器上的状态数据和报告，下载监测数据完成自定义分析和操作。

5使用评价

优点：从机组启动试验开始，系统随主机同步投运，大大减轻了运行人员的劳动强度，实现了“无人值班、少人值守”，得到了公司领导同事们的首肯。系统还采集存储了大量的机组各实验过程的数据，为评价机组特性和运行状态提供了有益的技术依据。

缺点：该系统下位机PSTA2003数据采集箱较差的稳定性确实给本系统的实际使用造成了诸多不便。PSTA2003数据采集箱设计成型时间为2000年前后，当时产品的设计理念虽然是基于当时较好的各种元器件。但是对于18年之后的今天，很多芯片已经不适合当前的实际使用需求，板卡中的部分芯片已经停产，造成的直接后果就是部分板卡损坏后不容易采购到备品备件，即使采购到了备品备件，其稳定性也不好。PSTA2003数据采集箱在本厂投运到现在已有10年时间，系统各硬件已出现老化现象。

6结束语

建议电厂将PSTA系统现地稳定性单元采集箱逐步升级改造以便进一步提高该系统的使用性能。增加机组组合轴承轴向振动测点，用以判断组合轴承支撑刚度或轴瓦失效问题。针对灯泡贯流式机型增加灯泡头小轴处摆度测点，用以判断转子质量不平衡和磁拉力不平衡对励磁系统调节的影响。增加导叶前压力、导叶后压力脉动测点，更好的分析水力因素对机组振摆的影响。对于卧式机组，强烈建议安装空气间隙采集单元，以便观察定转子状态，避免严重后果。

参考文献：

[1]长洲水电站机组状态监测系统技术说明，[R]；