安康水电厂自动盘车及辅助调整系统应用研究

安康水电厂自动盘车及辅助调整系统应用研究

何 伟1，杨 刚1，李 钧1，张宇飞2，李 辉3，白 亮3

(1.安康水力发电厂，陕西省安康市 725000;2.西安拓锐电气技术有限公司,西安 710075;3.西安理工大学,西安 710048)

摘 要：针对安康水电厂传统盘车测量工艺及调整判断手段的不足，研发一套自动化盘车系统，该系统能够自动测量、连续盘车，并通过自动轴线生成的结果，直接进行辅助调整。文章重点介绍了该系统的关键实现技术和系统构成的必备要素指标，通过在安康水电站1号机组上进行盘车试验，证明该系统适用于安康水电厂伞式机组的盘车过程，能够在不改变基本盘车工艺和国标要求的情况下做到精确测量、智能化分析，从而减少了人为错误，提高盘车准确性，并大大简化了盘车工作量，达到了安康水电厂精确化检修的任务要求。关键词：水电厂；盘车；自动测量；辅助调整

0 前 言

近些年，中国的水电站设备与技术发展迅猛，水电站运行的自动化水平达到了新的高度，但水轮机组的安装和检修方法一直没有得到有效地发展，尤其是水电机组盘车，仍然是一项劳动强度较大的工作[1-3]。

为了改变以往繁重的人工盘车方式，提高检修质量和效率、改善劳动环境、降低劳动强度，一些学者和技术人员作了相关研究并研制了自动盘车系统。但这种盘车系统仅仅解决了大型机组的转动问题，并没有提高盘车测量、调整的准确度及自动化程度[4-5]。另外一些学者在盘车数据处理方面作了相应的改进，引入了数据处理方面的先进方法，用以提高盘车的准确性和适应性[6-10]。文献[11]利用粒子群优化算法进行正弦拟合，并利用Matlab仿真平台对连续采样数据进行分析研究。但该方法属于一种离线分析方法，由于现场盘车每点的位置时间不均等，在进行粒子群优化正弦拟合时则需均等，初始解的选择不定，容易增大迭代次数。文献[12]针对多点任意转角连续盘车数据，提出了一种基于改进遗传算法提取正弦信号参数的求解方法，对盘车数据进行了仿真研究。但是该方法仍然需要精确的角度测量，实际操作中很难达到要求。

因此，本文介绍一套自动盘车及辅助调整系统，该系统能够自动测量、自动计算并能够自动生成调整方案。通过该系统能够精确测量并指导轴线调整，缩短盘车时间并解决了中间的停顿问题，快速判断盘车结果，形成相应的调整方案，同时又能结合现场检修人员的盘车经验，减少盘车工作量和人为错误。该系统在安康水电厂机组检修过程中得到了应用，获得了良好效果。

1 系统结构

自动盘车测量及辅助调整系统主要解决的问题是自动测量、自动判断调整方向及调整量，所以系统应该具备能够测量离轴位置的传感器、数模转换装置、以及能够进行智能数据计算和判断的数据分析处理平台，系统结构如图1所示。系统通过传感器将实际距离信号传送到同步数据采集器中，数据采集器将模拟信号转变成连续数字信号，形成电压信号的连续波形，将波形数据通过USB连接线传送到笔记本中完成数据实时分析。

图1 系统结构图

图2 数据采集系统图

1.1 传感器与测点配置

测量传感器采用电涡流传感器，其原理是将高频振荡电流通过延伸电缆输入探头头部线圈，使探头头部线圈中产生交变磁场，当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时，该电涡流场也产生一个与头部线圈方向相反的交变磁场。由于其反作用，使头部线圈高频振荡电流的幅值和相位产生变化(线圈的有效阻抗)，这种变化与距离变化成正比，从而可以通过测量线圈有效阻抗来计算出距离。在系统中电涡流传感器主要用于替代传统盘车中的百分表来测量相对距离变化，具体测点配置见表1。

表1 传感器配置表

序号名称布置位置测点1电涡流传感器上导轴领处X方向点(1)方向2电涡流传感器上导轴领处Y方向点(3)方向3电涡流传感器励磁机连接法兰X方向点(1)方向4电涡流传感器励磁机连接法兰Y方向点(3)方向5电涡流传感器水发连接法兰X方向点(1)方向6电涡流传感器水发连接法兰Y方向点(3)方向7电涡流传感器水导轴领处X方向点(1)方向8电涡流传感器水导轴领处Y方向点(3)方向9角度传感器上导X方向点(1)方向

1.2 数据伪同步采集系统

数据采集系统采用16通道数据伪同步采样系统，采样精度为16位，同时采用差分输入的方式减少信号干扰。系统包含放大器、滤波器、信号调理电路、多路模拟开关、逐次逼近型A/D转换器以及接口控制逻辑电路。图2给出数据采集系统构成方式[13]。

1.3 数据分析与处理平台

数据分析与处理平台安装在现场笔记本中，是整个系统的核心。该平台主要实现数据采集、数据处理、结果计算、报表输出，同时可以配置单盘、连盘、手动与自动盘车。

2 系统工作流程

测量摆度采用电涡流传感器，通过磁力

表座布置在指定的部位，调整间距控制在与大轴表面距离1.5 mm处。

角度传感器也采用电涡流传感器，安装在水导X方向传感器的上部，并在机组的8个角度上安装键相块，保证角度传感器与键相块距离小于1.5 mm，如图3所示。

安装完传感器之后，在X、Y两个方向推动主轴，检查各个传感器数值是否发生变化，如果没有明显变化，说明水轮机下迷宫环间距不够，需要进行调整；顺时针转动机组，系统进行自动采集，转动1周后停止。当机组转动1周后便可以得到8个测点的数据，根据盘车计算方法[14]进行计算，计算出来的数据和国家标准进行对比，检查本次盘车是否需要调整，并将调整的结果输出给用户，以便用户指导调整过程[15]。系统工作流程如图4所示。

图3 角度传感器布置图

图4 系统工作流程图

本系统采样过程采用DMA传输方式，能够尽量节省宝贵的CPU资源，由采样系统直接读写计算机的内存，保证了实时性。同时，由于现场存在干扰，对于采集得到的数据应进行滤波处理。

3 系统应用案例

3.1 安康水力发电厂基本概况

安康水电厂位于陕西省安康市汉滨区汉江上游，距安康市西18 km，距上游石泉水电站170 km，距下游丹江口水电站260 km，是一座以发电为主，兼有航运、防洪、养殖、旅游等综合效益的大型水电枢纽工程。

安康水电厂安装有4台单机容量为200 MW的国产水轮发电机组，机组均采用东方电机厂生产的半伞式SF200-56/12800发电机，发电机总重量1 333 t。水轮机为混流式，型号HL220-LJ-550，总重量650 t。

3.2 水轮发电机轴系尺寸与建模

通过软件输入轴系尺寸后，对水轮发电机轴系进行测点建模，形成盘车模型。表2给出了轴系尺寸。

表2 安康水力发电厂水轮发电机轴系尺寸表

额定转速/(r·m-1)上端轴测点距离/m上端轴法兰测点距离/m上端轴法兰直径/m1070.331.764.5发电机法兰测点距离/m发电机法兰直径/m水导测点距离/m8.33.510.5

3.3 第1次盘车结果与轴线情况

第1次盘车的数据与轴线情况如表3和图5所示。

表3 盘车数值表 /0.01 mm

测点名称传感器上端轴发电机法兰水导全摆度相对点全摆度上端轴发电机法兰水导净摆度相对点净摆度法兰-上端轴水导-上端轴123456780+1+2+2+2+2+2+30+5+9+6+3-9-9-30+9+14+7+1-4-3-21-52-63-74-8-2-10-1-3+14+18+9-1+13+17+91-52-63-74-8-1+15+18+10+1+14+17+10

系统将自动通过计算给出结论，并生成建议调整方案，如图6所示。

根据建议方向和大小，主要处理方向为在测点(6)和测点(7)之间加垫，厚度0.05 mm;测点(8)作为过渡加垫处理，厚度约0.03 mm。之后进行第2次盘车。

3.4 第2次盘车结果与轴线情况

第2次盘车的数据与轴线情况如表4和图7所示，可以看到，第2次盘车的结果完全满足国标(GB8564-2003)[16]中对机组盘车的精度要求。

4 结 语

本文着重论述了自动盘车测量及辅助调整系统的结构，并通过安康水电厂1号机组实际盘车试验，验证了系统的可用性、有效性和准确性；同时，验证了使用该系统根据盘车结果智能生成盘车调整方案的正确性。该系统减少了盘车错误量，大大提高了工作效率。

图5 机组轴线图

图6 建议调整方案图

表4 调整后的盘车数值表

测点名称传感器上端轴发电机法兰水导全摆度相对点全摆度上端轴发电机法兰水导净摆度相对点净摆度法兰-上端轴水导-上端轴123456780-1+10-2-12+10+3+6+4+2-5-5-10+3+7+2+3-13-51-52-63-74-8+20-1-1-2+8+11+5-3+4+4+71-52-63-74-8-4+8+12+6-5+4+5+8

(1) 作为测量的终端元件，本文使用电涡流传感器，使用传感器的优点在于可以自动测量，并减小误差，同时简化了盘车时的人员调配。传感器测量是一种面测量方式，而百分表是点测量，因此，传感器测量更符合现场盘车的要求。

(2) 传统盘车采用八测点盘车的方法，要求在每点上都要停顿读表，因此在每次启动时都会产生冲击力矩，而这种力矩往往会造成瞬间位移而影响测量准确度。自动盘车测量及辅助调整系统采用角度传感器方式，使得系统可以在过测量角度时能够自动测量，这样机组可以一直保持正周期旋转，避免了由于机组频繁启动带来的测量误差。

(3) 本系统通过事先的建模形成轴系模型，在模型的基础上进行盘车调整计算，这充分考虑了在多段轴调整中相互变化关系。在现场使用过程中，发现此方法能够方便地将水轮机轴线调整至国家标准范围内，而且方向与调整度计算准确，减少了不必要的重复调整。

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图7 调整后的各象限轴线图

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Study on Application of Automatic Barring and Additional Adjusting System of Ankang Hydropower Plant

HE Wei1, YANG Gang1, LI Jun1, ZHANG Yufei2, LI Hui3, BAI Liang3

(1. Ankang Hydropower Generation Company, Ankang, Shaanxi 725000, China;2. Xi'an Tuorui Electrical Technology Co., Ltd., Xi'an 710075, China; 3. Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China)

Abstract：One set of automatic barring system is developed aiming at the insufficient judging manners of the conventional measurement technology and adjustment of barring. This system enables to automatically and continuously measure barring. Furthermore, the additional adjustment is performed based on the output though the automatic axis. In the paper, the key technology and the necessary factor indexes of the system are introduced. Through the barring tests on Unit 1, Ankang Hydropower Plant, the system is proved to be applicable for the barring process of the umbrella units of the hydropower plant. It can precisely measure and intelligently analyze in condition of without changing the basic barring technology or the code requirement. Accordingly, it reduces artificial error, increases the barring accuracy and largely simplifies barring quantity and satisfies requirements on precise repair of Ankang Hydropower Plant. Key words:power plant; barring; automatic measurement; additional adjustment

文章编号：1006—2610(2017)01—0050—05

收稿日期：2016-09-27

作者简介：何伟(1977- )，男，陕西省汉中市人，工程师，从事水库调度、水电机组检修工作 .

基金项目：国家自然科学基金项目( 51209172) ;陕西省教育厅专项科研计划项目( 2010JK730) 资助.

中图分类号：TV735;TK73

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2017.01.013