水轮发电机组运行参数在线监测系统开发

水轮发电机组状态监测系统应用对策随着电力系统“厂网分开，竞价上网”的改革深入，提高设备的可靠性和降低维修成本将是发电企业不断追求的目标，在发电厂实施设备状态检修是必然的发展趋势。

因此，详细探究水轮发电机组状态监测系统的组成和应用至关重要。

标签：水轮发电机组;状态监测系统;应用水电机组在线监测设备的研制，国内已有近二十年的历史，有的产品的质量和性能已经达到了国际先进水平，可以满足在线检测的需求。

水轮发电机组状态监测及故障分析诊断系统的主要作用是对水轮发电机组的振动、摆度、局部放电等状态监测参量进行实时采集和监测。

近年来随着计算机监控在水电站的普遍使用和技术的不断提高，大部分电站已经安装了振动在线监测设备并已投入运行。

状态检修的基础是状态监测，只有在充分掌握设备状态信息的基础上，才能科学合理的安排检修。

虽然我国在状态检修上应用较晚，但是由于各行各业的广泛需求，因而具有广阔的应用前景。

1水轮发电机组状态监测系统构成1.1传感器传感器是状态监测的基础，传感器的可靠、准确与否，将直接影响到全套系统的整体性能。

根据机组的结构和运行特点，选择满足实际需要的各类传感器，是机组实施状态监测的首要工作。

目前，应用较广泛的传感器有电涡流传感器、电容式位移传感器、低频速度传感器、加速度传感器、压力脉动传感器、差压变送器、电容耦合器等，同一类型的传感器测量精度、工作范围也多种多样，一般根据机组运行需要进行选择。

当前国内大型水电机组为了确保其运行的稳定性多用进口传感器，例如：德国Schenck、加拿大Vibrosystm传感器等，但随着国内自动化水平的提高，国产传感器的市场占有率也在逐年提高。

1.2数据采集单元数据采集单元的类型也很多，主要负责各种信号的采集、存储和预处理，并进行实时监测和分析，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。

基于LabVIEW水力机组运行实时监测系统摘要水电是我国重点发展的绿色能源，水电生产具有开停机方便、运行费用低，对环境污染小等优点，合理充分地利用水电能源对我国的经济发展起着巨大的推动作用，因此有效地对水力机组运行参数进行检测、分析、优化，对水轮机组高效稳定运行将起到重要作用。

本文采用虚拟仪器技术，通过LabVIEW 的方法，开发了一套水力机组运行实时监测系统，该系统不仅实现了水轮机运行参数的实时检测、分析、计算以及水力机组能量特性模型的建立，而且为建立水力机组优化运行系统打下基础。

本文主体分为两部分，每部分内容如下：第一部分：采用虚拟仪器的概念，构建了实时监测系统的硬件结构并详细介绍了硬件的选型设计。

该系统的硬件部分主要采用了美国NI 公司的产品，包括信号调理设备以及数据采集卡，经过试验验证，该系统硬件结构不论采集精度、速度以及抗干扰能力都能够满足实时监测系统的要求。

第二部分：利用图形化编程语言LabVIEW 建立了数据采集系统，实现了水轮机的工作水头、流量、出力等参数的实时在线监测、显示、处理以及存储，同时可根据水力机组实时监测的数据计算水轮机的运行效率，并实时显示，使工作人员随时了解水轮机的运行状况。

本系统的开发对于充分利用水资源，提高水电站的经济效益，实现水力机组的高效稳定运行及优化运行均具有一定的实际指导意义。

关键词：水力机组；优化运行；数据采集；虚拟仪器；监测系统目录摘要ABSTRACT第1章绪论 (1)1.1水电站系统的发展概论 (1)1.1.1国内外发展状况 (2)1.1.2水电站控制方式的演变 (3)1.1.3小型水电站计算机监控现状 (5)第2章中小型水电站监控系统设计 (7)2.1中小型水电站运行的特点 (7)2.2 水电站监控系统的设计要求 (8)2.3 监控系统的主要设计任务 (10)2.3.1监控系统的系统结构设计 (10)2.3.2水电站的电厂分层设计 (12)第3章上位机的软件设计 (14)3.1虚拟仪器及L AB VIEW概述 (14)3.1.1 虚拟仪器技术 (15)3.1.1.1 虚拟仪器与传统仪器的对比 (15)3.1.1.2 虚拟仪器的构成 (15)3.1.1.3 虚拟仪器的特点 (17)3.1.2 LabVIEW (18)3.2 LabVIEW各种通信方式介绍与实现 (20)3.3 系统通信方式的比较与原则 (21)3.4 上下机间的数据传递 (22)3.5 数据采集 (22)3.6系统程序前面板 (22)3.7 系统程序框图 (24)3.8水利机组运行实时监测系统采集的实现 (25)第4章基于虚拟仪器的水利机组运行参数数据采集系统 (27)4.1数据库的访问技术 (27)4.1.1 系统数据库平台 (27)4.1.2 LabVIEW的数据库访问方式 (27)4.1.3 LabSQL工具包简介 (28)4.1.4 LabSQL的安装及配置 (30)4.1.5 LabVIEW访问数据库的流程 (31)4.2数据库表单设计 (32)4.3数据库采集系统的软件结构 (36)4.4数据采集系统的功能 (37)第5章展望与总结 (38)5.1 展望 (38)5.2总结 (38)致谢 (40)参考文献 (41)第1章绪论1.1水电站控制系统的发展概况水电站最根本的任务是实现安全经济运行,随着国民经济的持续发展,电力需求迅猛增长,兴建的水电站越来越多,其容量也越来越大,如正在建设的三峡水电站,总装机容量高达18200MW。

水轮机组在线监测与故障诊断系统的研究与开发水轮机组是利用水能转换成机械能的主力发电设备之一。

随着水力发电的快速发展，水轮机组的可靠性和运行效率日益受到关注。

在线监测与故障诊断系统是提高水轮机组可靠性和运行效率的重要手段，对于保障水力发电安全运行具有重要意义。

水轮机组在线监测与故障诊断系统的研究与开发主要从以下几个方面展开：首先，系统应该具备对水轮机组各个关键参数进行实时监测的能力。

通过在水轮机组的关键位置安装传感器，可以实时获取水轮机组的状态信息，包括转速、流量、压力、温度等指标。

这些数据可以通过通信网络传输到监测平台，实现对水轮机组的远程监测。

通过实时监测，可以及时发现水轮机组的异常情况，并采取相应的措施，避免故障的发生。

其次，系统需要具备对监测数据进行分析和处理的能力。

监测数据量庞大，单纯地将数据传输到监测平台并不能发挥其价值。

因此，研究与开发在线监测与故障诊断系统时，需要引入数据分析和处理的算法。

这些算法可以对监测数据进行实时分析，识别出水轮机组的异常行为，并生成相关的报警信息。

此外，还可以对历史监测数据进行离线分析，挖掘出水轮机组的运行规律和特征，为未来的故障预测和预防提供依据。

另外，系统需要具备故障诊断的能力。

通过对监测数据的分析，可以判断水轮机组是否存在故障，并进一步诊断故障类型和位置。

故障诊断是在线监测与故障诊断系统最关键的功能之一，可以帮助运维人员迅速找到故障原因，并采取相应的措施进行修复。

在系统研究和开发过程中，可以结合机器学习、人工智能等技术，建立故障诊断模型，提高故障诊断的准确性和效率。

最后，系统应该具备友好的用户界面和操作方式。

在线监测与故障诊断系统的最终用户是水力发电厂的运维人员，因此系统的用户界面应该简洁明了，方便用户进行操作和数据查看。

此外，系统还应该具备报警功能和远程控制功能，方便运维人员及时处理故障和异常情况。

综上所述，水轮机组在线监测与故障诊断系统是提高水力发电设备可靠性和运行效率的关键技术之一。

水轮发电机组状态监测系统的组成及应用作者：汪晓兵单位：长沙华能自控集团有限公司摘要:本文通过对水轮发电机组状态监测系统的各子系统的介绍，提出分布式、渐进式实现对机组安全监测的配置及功能实现的观点，并就其实际应用做了一些探讨。

关键词:水轮发电机组；振动；摆度；汽蚀；局部放电一、概述水轮发电机组故障的发生总是从量变发展到质变，目前机组配备的保护主要是机组故障发生后采取紧急停机的措施，如过电流、过电压、过速、过温等。

但机组的故障已经发展到质变阶段时，为了防止故障的产生，常用的办法就是计划检修。

也就是“到期必修”，这样做经常需要大拆大装，不但造成了人、材、物的大量浪费，有时还会出现设备拆修损坏，造成“劳而有罪”。

随着科学技术特别是监测技术的迅速发展，使我们能准确监测机组的各种信息，为机组在线状态监测系统的实现提供了非常有利的条件。

机组状态监测系统应包括如下几方面的内容：机组振摆状态监测子系统、机组效率状态监测子系统、机组汽蚀状态监测子系统、机组电气状态监测子系统。

并且包括将这些系统整合起来进行数据管理、诊断及网络发布的状态诊断网络，通过这一网络，可使电厂各生产单位及管理部门随时灵活地管理机组状态信息，从而达到为生产和检修服务的目的。

二、水轮发电机组状态监测系统的组成水轮机发电机组状态监测系统由五个子系统组成，如图1。

图1 水轮发电机组状态监测系统的组成1．机组振摆状态监测子系统水轮发电机组的振动是以水轮机为原动力，水的势能是激发或维持机组振动的最根本能源。

从结构上讲，水轮发电机组可以分成两大部分：转动部分和固定、支持部分。

它们中任何一个部件存在机械缺陷时都可能引起机组的振动，而这些缺陷可能是由设计、加工、安装等任何一个环节所引起。

因此，一般来说水轮发电机组有四大振动部件：上机架、下机架、顶盖、转动部分；异常情况下还有其他振动部件，如定子铁心等。

振动一般分为以下几类：（1）机械类振动机械部分的平衡力引起的振动称为机械类振动。

石泉水电站机组在线监测系统技术方案目录1 总则说明 (1)2 测点配置 (1)2.1 振动摆度测点 (1)2.2 压力脉动测点 (1)2.3 发电机空气间隙测点 (2)2.4 能量效率测点 (2)2.5 机组工况参数监测 (2)2.6 其他参数监测 (3)2.7 建议配置参数列表 (3)3 系统构成 (5)4 设备配置 (1)4.1 传感器 (1)4.1.1 传感器选型总表 (1)4.1.2 键相和摆度传感器 (1)4.1.3振动传感器 (1)4.1.4 轴向位移传感器 (3)4.1.5 绝对压力变送器 (3)4.2 数据采集站 (4)4.2.1 数据采集站设备配置 (4)4.2.2 TN8000数据采集箱 (4)4.2.4 TN8016传感器供电电源 (7)4.2.5 工业液晶显示器 (7)4.3 上位机设备及其它外设 (9)4.3.1 状态数据服务器 (9)4.3.2 WEB服务器 (10)4.3.3 打印机 (10)4.3.4 网络设备 (10)4.3.5 时钟接收和时钟同步系统 (10)5 系统功能 (11)5.1 振动摆度监测分析 (11)5.1.1 实时监测 (11)5.1.2 稳态数据分析 (11)5.1.3 过渡过程数据分析 (11)5.2 压力脉动监测分析 (12)5.3 能量特性监测分析 (12)5.4 基于工况的报警和预警功能 (12)5.5 数据管理和事故追忆 (13)5.6 故障诊断专家系统 (15)5.7 性能试验 (16)5.7.1 甩负荷试验 (16)5.7.2 启停机试验 (16)5.7.3 变负荷试验 (16)5.7.4 动平衡试验 (17)5.7.5 盘车试验 (17)5.7.6 效率试验 (17)5.7.7 不稳定负荷区试验 (17)5.8 性能评估 (18)5.9 运行支持系统 (19)5.9.1实时报警信息 (19)5.9.2 事件处理平台 (19)5.9.3 优化运行 (19)5.9.4 运行工况统计与累计运行时间 (19)5.10 检修支持系统 (19)5.10.1 检修评价与量化分析 (20)5.10.2 定期状态评价与故障巡检 (21)5.10.3 故障分析诊断 (21)5.11 状态报告自动制作 (21)5.12 远程分析与诊断 (23)5.13 Web化方式监测 (23)5.14 数据通讯功能 (23)5.15 GPS对时功能 (23)5.16 系统其他功能 (24)6 机组在线监测系统和其他系统的连接方式 (24)6.1 机组在线监测系统与计算机监控系统的连接 (24)6.2 机组在线监测系统与时钟同步系统的连接 (24)6.3 机组在线监测系统与MIS系统的连接 (25)7 设备配置清单 (26)8 费用概算 (29)石泉水电站机组在线监测系统技术方案1 总则说明本技术方案是专为石泉水电站所作，涉及机组在线监测系统的测点选择、传感器选型、设备配置、系统结构、系统功能等等。

水轮发电机集电环碳刷系统在线监测方案设计摘要：集电环碳刷系统是水轮发电机的重要组成部分，也是故障高发的难点、痛点系统。

其在线监测系统的需求强烈。

文章通过对集电环碳刷系统相关变量的梳理，及关键监测量的监测方式进行了探索研究，并通过试验验证，实现了集电环碳刷在线监测系统的方案选型，以期对水电站业主解决相关问题提供支持。

关键词：集电环碳刷直流温度在线监测0. 前言集电环碳刷系统是水轮发电机的重要组成部分，扮演着励磁电流由静止部分向旋转部分传递通道的重要角色。

长期以来，该系统故障高发，是困扰稳定电站运行的主要难点。

如何构建一套高性能的集电环碳刷在线监测系统，是水电厂智慧化建设中，消除监测盲点的重要工作。

1. 集电环碳刷系统简介水轮发电机普遍采用自并励励磁方式，安装在发电机机端的励磁变及之后的可控硅整流装置为发电机运行所需的直流励磁电流提供来源。

上述设备均为静止部件，而提供主磁通的励磁绕组安装在转子外圆。

励磁电流通过励磁绕组时，产生稳定的静止磁场。

机组旋转时，该磁场以转速频率旋转，与定子绕组交链，从而在定子绕组中产生感应电势。

励磁电流能否稳定的从静止的可控硅装置传递到转动的励磁绕组，是发电机是否稳定运行的关键前提条件。

集电环碳刷系统一般由集电环碳刷，导电环，集电环等部分构成。

其中，导电环、碳刷为静止部件，集电环与发电机转子连接，随转子同步旋转。

集电环与碳刷紧密联系，实现电流在静止、旋转部件之间的传输。

2. 集电环碳刷系统在线监测方案设计2.1 集电环碳刷系统监测方式的现状及在线监测的必要性目前，集电环碳刷系统的检测主要通过离线、人工巡检的方式。

按照电站常规运维规定的要求，每班至少对发电机碳刷进行三次巡检和测温、测电流。

一方面，巡检工作量非常大，需记录数据量大，严重依靠巡检人员的责任心；另一方面，巡检工作需要在带电工况下进行，存在一定的安全隐患；最后，人工的巡检过程所获取的数据存在较大的时间跨度，难以准确反映设备在某一时刻的运行状态。

第5卷 第4期2007年12月中国水利水电科学研究院学报Journal of C hina Institute of Water Resources and Hydropo wer Research Vol 5 No 4December,2007收稿日期:2007 08 30作者简介:周叶(1980-),湖北麻城人,硕士,助理工程师,主要从事水电机组在线监测系统研究。

E mail:candylight@gmail.co m文章编号:1672 3031(2007)04 0281 05HM9000水电机组远程在线监测分析系统的设计与开发周 叶,潘罗平,桂中华,唐 澍(中国水利水电研究院机电研究所,北京 100038)摘要:结合水电厂实际需求,针对水电机组的特点,从开发者的角度详细描述了HM9000水电机组远程在线监测综合分析系统的设计原理、系统结构、软件功能,并对其重点功能模块的开发难点,如本地与网络监测结合模式、数据保存和传输的自适应监测等方面,进行深入分析研究,给出较好的解决方案,最终保证HM9000具有良好的人机界面和强大的分析处理功能,通过该系统对机组运行状态的长期监测分析,能为电厂积累机组运行特征数据,为电厂由计划检修向状态检修过渡创造条件。

关键词:水轮发电机组;远程;在线监测系统;开发中图分类号:TV734文献标识码:A1 研究背景目前我国水电站的设备检修基本上实行的是预防性检修,即计划检修,这种方式固然能够发现一些问题,防止事故的发生,但由于定期维修的合适期限很难确定,有些没有异常的机组如果按照大修周期停机检修,不仅可能造成人力物力上的浪费,而且很难及时发现机组潜在的缺陷和故障。

随着科学技术的不断进步和制造工业的不断发展,越来越多的水电站正在根据自己的设备特点,探索 运行状态性检修 ,即运用机组在线监测技术,在对机组运行状态进行分析的基础上,主要以设备的实际运行状态为依据,根据科学分析的结果来安排检修项目和时间,以达到既能确保设备运行安全,又能最大限度地提高电站经济效益的目的。

水轮发电机组振摆在线监测系统及应用——以仙女堡电厂为例摘要：介绍了仙女堡水电站2台水轮发电机组TR8000系列水轮发电机组状态监测及跟踪分析系统的结构和功能以及我厂测点布置及传感器特点,通过该系统的运行, 为机组生产运行提供信息数据，为机组的优化运行工况提供分析数据，同时发现设备运行过程中可能出现的异常，预防事故扩大和发生，极大的提高水轮发电机组的运行水平。

关键词：振摆在线监测系统振动摆度水轮发电机组仙女堡电厂位于四川省平武县境内，是涪江上游梯级开发电站中的第三级电站。

电站为径流调节引水式，厂房为明厂房，安装有两台单机容量为38MW的混流式水轮发电机组。

自2009年投产以来，仙女堡电厂1号、2号机组共用一套阿尔斯通HYD6000的在线监测装置。

振摆系统包括：振摆监测装置、机组振摆信号转接端子箱。

原传感器类型为电涡流传感器和低频振动传感器，向机组LCU上送开关量信号传感器故障、振摆高限报警、振摆过高报警等信号。

原振摆装置无法将电厂振摆监测数据上送监控系统，并且测点数量不够，需增加顶盖处水平及垂直方向的振动测点、尾水压力脉动测点、机组定子铁芯振动测点，且振摆装置无数据储存和趋势分析功能，均不符合《水轮发电机组状态在线监测系统技术条件》（DL/T 1197-2012）的相关条款要求。

2019年通过技术改造采用TR8000系列水轮发电机组状态监测及跟踪分析系统，很好的解决了上述问题，该装置可实现对水电机组的振动、摆度、压力脉动等物理量的在线监测，提供实时监测、报警保护输出、故障诊断分析、智能诊断报告，实时掌握机组健康状况；同时，系统还支持将数据传输到水电厂已有的监控系统，为电厂安全运行、优化调度和安装检修提供有力的技术支持。

1. 测点布置仙女堡水电站机组振摆在线监测系统的测点，根据机组的设计性能、多年来的运行规律进行选择和布置。

仙女堡水电站在上导、下导、水导的X、Y方向各布置1个测点，监视其水平摆渡数据；在定子铁芯、上机架、下机架、顶盖的X、Z方向各布置1个测点，监视其垂直振动数据；在蜗壳进口、机组顶盖、尾水进出口测压管路各布置1个脉动压力测点，监视其压力脉动数据。

TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年7月下 97水轮发电机转子磁极引线连接装置在线监测系统设计分析*杨晖 万正喜 赵聚平 王俏湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司 湖南 长沙 410000 摘 要 本文结合水轮发电机磁极引线连接装置的在线监测理论进行分析，并阐述了以往在检测水轮发电机转子温度中的间接测量、红外测温及光纤测温等相关技术，通过充足的调查研究、设计仿真模型、设计测试结构，最终形成完整的在线监测系统，从而更好地监测水轮发电机磁极引线在线运行状态。

关键词 水轮发电机；磁极引线；在线监测Analysis of Online Monitoring System Design of Rotor Magnetic Pole Lead Wire Connection Device of Hydrogenerator Yang Hui, Wan Zheng-xi, Zhao Ju-ping, Wang QiaoHunan Heimifeng Pumped Storage Co., Ltd., Changsha 410000, Hunan Province, ChinaAbstract This paper analyzes the online monitoring theory of the magnetic pole lead wire connection device of hydrogenerator, and expounds the indirect measurement, infrared temperature measurement and optical fiber temperature measurement and other related technologies in previous detection of hydrogenerator rotor temperature.Through sufficient investigation and research, design simulation model and design test structure, a complete online monitoring system is finally formed, so as to better monitor the online operation status of the magnetic pole lead wire of the hydrogenerator.Key words hydrogenerator; magnetic pole lead wire; online monitoring引言在我国全面促进碳达峰以及碳中和的背景下，抽水蓄能机组成为新时期电力能源储存的关键性结构。