水電機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

何寶海，李延陽(yáng)，張海波

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院能源動(dòng)力工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012；2.吉林省建筑能源供應(yīng)與室內(nèi)環(huán)境控制工程研究中心，長(zhǎng)春 130012；3.國(guó)網(wǎng)公司東北云峰發(fā)電廠，吉林 集安 134200)

水電機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

何寶海1，李延陽(yáng)2，張海波3

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院能源動(dòng)力工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012；2.吉林省建筑能源供應(yīng)與室內(nèi)環(huán)境控制工程研究中心，長(zhǎng)春 130012；3.國(guó)網(wǎng)公司東北云峰發(fā)電廠，吉林 集安 134200)

針對(duì)傳統(tǒng)盤(pán)車(chē)方法中存在的問(wèn)題，利用當(dāng)今先進(jìn)的智能化儀器儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)，開(kāi)發(fā)了水電機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提高了軸線檢測(cè)處理的可靠性和準(zhǔn)確性，能加快軸線處理工作速度，提高工作效率，節(jié)約人力、物力，縮短檢修工期。

盤(pán)車(chē)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析處理

0 引言

水輪發(fā)電機(jī)組軸線的檢查與調(diào)整，一直以來(lái)都是水輪發(fā)電機(jī)組安裝或者檢修中很重要的一項(xiàng)工作。目前，大多數(shù)水電站在盤(pán)車(chē)時(shí)依然采用傳統(tǒng)的八點(diǎn)等角盤(pán)車(chē)方法(簡(jiǎn)稱八點(diǎn)盤(pán)車(chē)法)，即在各測(cè)量部位，上下統(tǒng)一將圓周方向等分為八點(diǎn)，并按逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⑦@八點(diǎn)從1～8進(jìn)行編排，稱之為軸號(hào)。盤(pán)車(chē)時(shí)依次在每個(gè)軸號(hào)處停留，讀取各測(cè)點(diǎn)百分表數(shù)值。

由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量大、慣性大，要使轉(zhuǎn)動(dòng)部件準(zhǔn)確地停留在某個(gè)特定的軸號(hào)處十分困難，導(dǎo)致盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)未能與特定軸號(hào)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生偏差；同時(shí)，目前大多數(shù)水電站在采集盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)時(shí)仍然采用百分表法，不僅測(cè)量的精度得不到保障，而且人工讀表可能產(chǎn)生的誤差也會(huì)影響到盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)的可靠性。上述問(wèn)題若得不到解決，誤差的疊加將直接影響到擺度計(jì)算的準(zhǔn)確性，并且對(duì)主軸擺度大小及方位的判斷具有盲目性，從而影響軸線處理工作，降低盤(pán)車(chē)質(zhì)量。

1 系統(tǒng)總體方案

采用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一套應(yīng)用于水電機(jī)組安裝檢修的“水電機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)”，真正實(shí)現(xiàn)了“多點(diǎn)任意角”軸線數(shù)據(jù)的采集和處理，加快了工作速度、縮短檢修時(shí)間，提高了軸線處理質(zhì)量。

采用電渦流位移傳感器測(cè)量軸線的徑向位移，光電編碼器測(cè)量各測(cè)點(diǎn)方位。利用數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)將采集端的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，選擇合理的算法編制數(shù)據(jù)分析處理軟件，完成數(shù)據(jù)處理。利用圖形圖像方式，給出軸線處理建議。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)測(cè)量裝置

盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)測(cè)量裝置主要包括：擺度測(cè)量裝置、角度測(cè)量裝置。分別對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組軸線擺度及擺度所對(duì)應(yīng)的方位進(jìn)行測(cè)量。

2.1 傳感器

由于本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)“多點(diǎn)任意角”數(shù)據(jù)的采集，所以在盤(pán)車(chē)過(guò)程中需對(duì)被測(cè)點(diǎn)的擺度以及擺度所對(duì)應(yīng)的方位進(jìn)行連續(xù)采樣，因此必須裝設(shè)相應(yīng)的傳感器。經(jīng)過(guò)對(duì)多種傳感器的對(duì)比分析，最終選用了電渦流傳感器測(cè)量測(cè)點(diǎn)的擺度數(shù)據(jù)，為識(shí)別測(cè)點(diǎn)相位，選用了增量式光電編碼器對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量。

2.2 傳感器標(biāo)定

傳感器標(biāo)定是保證數(shù)據(jù)可靠的前提。由于測(cè)點(diǎn)擺度值的采樣采用了電渦流傳感器，主要由兩個(gè)參數(shù)表征：靈敏度K、截距B。將選用的具有4 mm量程的電渦流位移傳感器以0.05 mm為單位，分為9個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行電壓的采集，但為了避免電渦流傳感器在量程邊界點(diǎn)的測(cè)量產(chǎn)生偏移誤差(零點(diǎn)漂移)，影響整體的線性度，所以將這9個(gè)點(diǎn)的首點(diǎn)0 mm及末點(diǎn)4.00 mm剔除。以1號(hào)傳感器為例對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，具體結(jié)果見(jiàn)表1及圖2所示。

表1 1號(hào)傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)

圖2 1號(hào)傳感器參數(shù)輸出特性

2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

水輪發(fā)電機(jī)組有多個(gè)被測(cè)部位：如上導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)等，盤(pán)車(chē)過(guò)程必須保證被測(cè)部位數(shù)據(jù)的同步性。由于電廠的電磁環(huán)境惡劣，特別是強(qiáng)磁的沖擊干擾等，為了保證采集數(shù)據(jù)的可靠性，采用了中值濾波的數(shù)字濾波方法，有效地克服了因隨機(jī)干擾而產(chǎn)生的誤差。

2.4 無(wú)線通信

為實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置與軟件系統(tǒng)之間的雙向通信，應(yīng)用了數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)，通信方式選用了半雙工制串行通信方式。數(shù)傳電臺(tái)系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、接入方便、可靠性強(qiáng)、用戶可編程適應(yīng)面廣、傳輸誤碼率低等多種優(yōu)點(diǎn)在各種測(cè)量與控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)

本系統(tǒng)軟件是基于Visual Basic 6.0開(kāi)發(fā)的。該軟件平臺(tái)菜單欄選項(xiàng)包括“通信參數(shù)設(shè)置”“測(cè)量端參數(shù)設(shè)置”“數(shù)據(jù)采集”“數(shù)據(jù)處理”“退出系統(tǒng)”供用戶進(jìn)行相應(yīng)操作。主頁(yè)界面如圖3所示。

圖3 軟件主頁(yè)界面

3.1 數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)用擺度測(cè)量裝置采集上導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)的X、Y方向的擺度，用角度測(cè)量裝置采集主軸所轉(zhuǎn)角度，圖4為該系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集界面。

圖4 數(shù)據(jù)采集界面

3.2 數(shù)據(jù)分析處理

雖然本系統(tǒng)采用了高精度的電渦流傳感器對(duì)機(jī)組擺度進(jìn)行測(cè)量，但實(shí)際測(cè)量中仍然存在著不可避免的且無(wú)法預(yù)測(cè)的誤差，使得各測(cè)點(diǎn)的擺度特性曲線不能真實(shí)地表達(dá)軸線狀況。

根據(jù)盤(pán)車(chē)?yán)碚?，不論是傳統(tǒng)的八點(diǎn)盤(pán)車(chē)方法，還是本系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)的多點(diǎn)任意轉(zhuǎn)角盤(pán)車(chē)方法，擺度特性曲線均建立在一個(gè)以橫坐標(biāo)代表主軸轉(zhuǎn)過(guò)角度、縱坐標(biāo)代表測(cè)點(diǎn)凈擺度值的坐標(biāo)系當(dāng)中。同時(shí)，兩者比較的結(jié)果表明其擺度特性曲線的規(guī)律性是不變的，均遵循一條正弦或者余弦曲線，但是在采用多點(diǎn)任意轉(zhuǎn)角盤(pán)車(chē)時(shí)，主軸無(wú)需在特定軸號(hào)處停留對(duì)位，相對(duì)于傳統(tǒng)盤(pán)車(chē)顯得更加靈活、自由。

多點(diǎn)任意角盤(pán)車(chē)的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，實(shí)際就是將盤(pán)車(chē)時(shí)所采集的擺度數(shù)據(jù)進(jìn)行一次初步處理后，再將這些具有離散性的數(shù)據(jù)點(diǎn)利用最小二乘法擬合成一條理論的正弦曲線。設(shè)這條曲線的數(shù)學(xué)模型為

f(X)=Asin(X+B)+C,

(1)

式中：X為擺度采集點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度(弧度)；f(X)為對(duì)應(yīng)角度下測(cè)點(diǎn)的理論擺度值，0.01 mm；A為擺度曲線的幅值，0.01 mm；B為擺度曲線的初相，(°)；C為擺度曲線的偏移值，0.01 mm。

應(yīng)用最小二乘法原理確定表達(dá)式(1)中A、B、C這3個(gè)待定常數(shù)量，使曲線f(x)=Asin(X+B)+C在X1，X2…Xn處的理論函數(shù)值f(X1)，f(X2)…f(Xn)與實(shí)際測(cè)的盤(pán)車(chē)擺度值y1，y2…yn相差都很小，從而對(duì)全部誤差作整體削弱。

圖5為本系統(tǒng)對(duì)某組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的機(jī)組水導(dǎo)處X、Y方向的擺度特性曲線。

圖5 水導(dǎo)處X、Y方向擺度特性曲線

3.3 軸線處理方案

系統(tǒng)軟件可根據(jù)實(shí)測(cè)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)繪制的各測(cè)量部位的擺度特性曲線得到機(jī)組軸線情況，確定各測(cè)量部位的擺度值，判斷軸線是否存在曲折與傾斜。若軸線不合格，軟件通過(guò)集成的盤(pán)車(chē)相關(guān)計(jì)算理論，計(jì)算出軸線處理量，以圖形圖像形式給出相應(yīng)的處理方案，供技術(shù)人員參考，使軸線處理后的擺度控制在規(guī)程允許的范圍內(nèi)。

圖6為系統(tǒng)軟件根據(jù)某機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)給出的軸線處理方案示意圖。

圖6 軸線處理方案

4 結(jié)語(yǔ)

本次所開(kāi)發(fā)的《水電機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)》在國(guó)家電網(wǎng)新源公司白山發(fā)電廠、國(guó)家電網(wǎng)東北分公司云峰發(fā)電廠檢修盤(pán)車(chē)時(shí)做過(guò)多次試驗(yàn)。與傳統(tǒng)盤(pán)車(chē)方法相比顯現(xiàn)出了數(shù)據(jù)采集速度快、可靠性高、節(jié)約人力等諸多優(yōu)點(diǎn)，大大提高了盤(pán)車(chē)的工作速度，取得了良好的效果，并且具有很好的實(shí)用性。

[1] 孟安波,劉秀良,閔占奎,等.水電機(jī)組全自動(dòng)智能盤(pán)車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].大電機(jī)技術(shù),2012 (1):31-33.

[2] 史恩澤,齊經(jīng)緯.太平灣電廠多點(diǎn)任意角盤(pán)車(chē)軟件開(kāi)發(fā)及功能介紹[J].水電站機(jī)電技術(shù),2010,32(5):22-24.

The Development of Data Acquisition Analysis Processing System in Hydropower Unit Turning

HE Bao-hai，et al.

(SchoolofEnergy&PowerEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

According to the existing problems in the traditional method of turning，using the advanced intelligent instrument technology，computer technology，sensor technology，electronic technology，communication technology，the data acquisition analysis processing system in hydropower unit turning has been developed The development of this system improves the reliability and accuracy of the axis detection process，speeds up the processing speed of axis，improves work efficiency，saves manpower and material resources，and shortens the maintenance period.

turning；data acquisition；data analysis process

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.016

2016-05-20

何寶海(1963-)，男(漢)，吉林松原，副教授 主要研究水力機(jī)組性能。

TV736

A

1009-8984(2017)01-0064-03