推力軸承在線監測系統在仙游抽水蓄能電站的應用

張 濤，郭旭有，王 濤，周旭磊，余 睿

（福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351200）

0 引言

福建仙游抽水蓄能電站某機組在定檢時發現推力瓦存在著刮瓦現象，這種現象如果惡化就會導致推力瓦燒瓦事故，造成這種現象的原因很可能是機組在低速旋轉時，由于油膜形成條件變差所致，但由于缺乏對于推力軸承的有效監測手段，故無法對此類故障實現有效的預警、監視和定位，因此具備一套推力軸承在線監測系統，實現對推力軸承運行狀態的全面監視對于目前機組的運行穩定性需求迫在眉睫。

本文通過介紹推力軸承在線監測系統的功能，旨在介紹推力軸承在線監測系統在仙游抽水蓄能電站的實際應用，為推廣推力軸承在線監測系統在行業的發展做出一份貢獻。

1 系統結構介紹

此次機組加裝的推力軸承在線監測系統為GMH550 推力軸承在線監測系統，系統結構主要由軟件和硬件兩部分組成。

（1）系統軟件

GMH550 推力軸承在線監測及分析診斷軟件主要由設置程序、監測程序和分析診斷程序構成。其中，系統監測程序功能模塊是整個軟件系統的核心數據監測和報警保護模塊，該模塊主要提供實時監測功能、參數設置、報警保護、數據庫組態配置。系統分析診斷程序功能模塊是整個軟件系統的數據查詢、數據分析及故障診斷的核心模塊，該模塊主要提供實時監測功能、歷史數據分析功能、運行狀態自動評價功能、檢修狀態自動評價功能。

（2）系統硬件

系統硬件構成主要包括：現地測量裝置、數據采集裝置和數據處理單元。其中，數據采集裝置采用DMS100 數據采集器，負責采集傳感器信號和其他數據接入，經采集器對電信號進行處理去偽存真，得到能準確代表被測量的數據。

2 系統監測參量

此次加裝的推力軸承在線監測系統，除傳統的振擺/溫度等基本監測量以外，增加了體現推力軸承故障類型的核心參量。

（1）機組振擺/壓力測點

本系統通過機組振擺在線監測系統引入轉速、上導X/Y 擺度、下導X/Y 擺度、水導X/Y 擺度、上機架垂直振動等8 個信號。加裝傳感器測點5 個，包括：機組抬機量（現場條件決定安裝于鏡板上端面）信號3 個，推力軸承總進油量1 個，推力軸承總冷卻水量1 個。

（2）運行工況測點

通過與監控系統通信，在線監測系統分析所需的部分工況量，監控信號包括有功功率、無功功率、導葉開度、轉子電流、上下游水位、推力軸承瓦溫、油溫、油位、推力油冷卻器油溫、冷卻水總進水管溫度、冷卻水總出水管溫度、高壓油減載裝置油泵出水口壓力、推力外循環冷卻器冷卻水流量、機組水頭等信號。

通過機組振擺監測系統引入發電機出口開關、勵磁開關、發電工況開關、抽水工況開關等開關量信號。

（3）核心監測參數

系統通過研究推力軸承故障類型及理論算法，實現對影響推力運行穩定性的參數進行監測評價，參數包含：推力瓦不水平及不水平方位、主軸和鏡板不垂直、鏡板波浪度、推力油膜綜合厚度、鏡板抬機量等。

同時，系統將現場的GPS 對時功能引入推力軸承在線監測系統，確保數據分析完善和數據存儲準確一致。

3 系統功能介紹

此次加裝的GMH550 推力軸承在線監測系統，實現對推力軸承運行狀態、健康狀況實時在線監測，并對推力軸承運行中存在的潛在缺陷和問題進行評估和預判，確保推力軸承運行的穩定性和安全性。主要功能包括以下幾個方面：

（1）實現對推力軸承運行狀態的全面實時監測。

本系統除了監測推力瓦溫、推力油槽油溫、油位等傳統監測參數及簡單溫度報警外，最重要的是實現了包括推力瓦不水平及不水平方位，主軸和鏡板不垂直、鏡板波浪度、鏡板抬機量關鍵參數的實時監測，并在參數異常時實時報警。

（2）實現對推力瓦與鏡板間油膜厚度的實時監測及報警。

油膜的形成是確保推力正常運行的關鍵，從推力軸承的故障現象可以看出，大部分的故障都是由于機組在運行過程中由于油膜被破壞而導致了推力軸承故障，因此實現油膜的實時監測對于確保推力穩定運行，規避風險至關重要。目前在油膜的實時監測方面還處于空白階段，本系統通過合理的算法實現對油膜厚度精確的計算，并實時對油膜厚度進行監測，在油膜低于最小油膜厚度時能夠及時預警。

（3）實現推力軸承運行狀態自動評價及故障診斷。

推力軸承的運行穩定性受多個參數的影響，對于運行中的機組，最主要的參數包括溫度（油溫及瓦溫）、負荷、水頭以及機組的振動擺度，通過油膜與這些參數的相關關系，可以有效地了解推力的運行狀態，從而做到合理規劃機組運行，提高推力軸承的穩定性。本系統通過運行狀態自動評價、自動報告的模式，掌握推力在各個工況下的運行規律，對于評估推力的運行狀態有很大的幫助。

（4）實現推力軸承檢修狀態自動評價。

對于推力軸承，其檢修安裝質量非常關鍵，包括推力瓦水平，主軸與鏡板不垂直等，國標中對這些參數也有了明確地要求，如檢修質量不合格，會直接影響到推力軸承的穩定性，本系統通過推力軸承檢修狀態自動評價的方法，對確保推力的穩定運行有非常大的幫助。

4 實際應用效果

結合仙游抽水蓄能電站機組檢修，將推力軸承在線監測系統安裝于現場，通過運行數據檢驗本系統實際應用效果。

（1）全面實時監測

機組運行工況分為抽水和發電兩種工況，以下列舉了系統在不同工況條件下核心參數的穩態運行數據。

表1 穩態數據

從表1 可見，本系統在機組實際運行中，對推力軸承在線監測的核心參量均有效顯示并記錄。

（2）運行狀態自動評價報告

表2 狀態評價明細表

從狀態評價明細表可以看出，機組在發電工況下，抬機量的計算值隨負荷升高而變大，油膜厚度隨負荷升高而變小。機組在抽水工況下，彈性油箱受力變化不明顯，油膜厚度在合理范圍。

說明：推力油膜厚度主要影響因素有負荷、溫度和水位等。發電工況下，機組負荷增大，彈性油箱受力變形，鏡板下降，實際安裝探頭測量鏡板上端面，因此抬機量增大，油膜厚度計算值變小。抽水工況下，彈性油箱受力變化不明顯，主要受溫度和水位影響。

（3）檢修狀態自動評價報告

1）參數匯總評價

表3 參數匯總評價

2）參考軸線姿態見圖1 和圖2。

5 結束語

此次通過在仙游抽水蓄能電站機組上建立推力軸承在線監測系統，對提高機組推力軸承運行的穩定性和安全性有很大幫助。同時為我廠實現推力軸承狀態檢修提供了有力的技術支持，為后續合理安排檢修，降低維修成本，提高企業的經濟效益提供了可靠保證，對同類型機組水電廠具備有推廣價值。目前系統的功能我廠還在進一步的熟悉過程中，希望在后續的使用中能夠更好的發揮系統功效。

圖1 高速點軸線姿態（轉速：418.65 r/min)

圖2 低速點軸線姿態（轉速：30.98 r/min）