发电机定子绕组端部振动监测系统
TN8000汽轮发电机在线监测系统-华科同安
系统模块
局放通讯模块 串口通讯模块 模拟量输入模块 模拟量输出模块
存储模块
通讯模块 键相模块 振动模块 匝间短路模块
继电器输出模块
···
TN8000数据采集系统
以太网
工况参数 SYS/DCS
串口通讯、 模拟量输入
RS485通讯
• 只要经过简短培训，任何技术员都可以对局放监测结果进行客观的解释。
• 局放监测系统非常可靠和耐用。用于监测局放信号的耦合器和定子槽传感 器经过了非常严格的测试。 • 其技术得到了加拿大电力协会、美国电力研究院、安大略省电力局、纽约 电力管理局和IEEE认可。 • IRIS公司的用户已经发表了许多技术论文，含盖了上百个成功应用这项技 术的案例。
全面负责为国内用户提供局放监测装置的设计、安装、 调试、培训、故障分析和长期技术支持等各项专业服务 华北电科院高压所的大力支持 整合和汉化局放监测分析软件 集成与局放相关的工况参数 提供发电机在线监测全套解决方案
TN8000发电机在线监测系统监测参数
局部放Hale Waihona Puke ：通过通讯从局放监测仪获取
匝间短路：TN8000-MFM监测系统
端部振动：TN8000-VIB监测系统 发电机轴系振动：TN8000-TDM监测系统 机组转速 绝缘过热、氢气湿度/纯度、定子温度、相关工况参数： 从SYS/DCS系统、现地仪表通讯获取
TN8000发电机在线监测系统网络结构
TN8000数据采集箱
监测新技术的最前缘。IRIS公司及其员工在局放监测领
域所做的贡献已经得到了美国电力研究院、电气和电子工 程师协会以及诸多商业杂志的褒奖和全世界广大用户的认 可。
发电机主要部件示意图
发电机主要部件示意图
图3发电机主要部件示意图
图4定子隔振结构
图1 QFSN—600—2型发电机总装配
图13发电机通风冷却回路示意图
转子由转轴、绕组及端部绝缘固定件、阻尼系统、护环、中心环、风扇、联轴器和集电环装配等构成（见图6）。
图6发电机转及隔音罩刷架装配
隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定
中华人民共和国国家标准隐极同步发电机定子绕组端部动态特性和振动测量方法及评定Measurement method and evaluation criteria of dynamic characteristic and vibration on stator end windings of cylindrical synchronous generatorsGB／T 20140-2016代替GB／T 20140-2006发布日期：2016年2月24日实施日期：2016年9月1日中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布前言本标准按照GB／T 1．1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB／T 20140-2006《透平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定》。
与GB／T 20140-2006相比，主要差异如下：——修改了标准的名称(见封面，2006年版的封面)；——修改了标准的适用范围(见第1章，2006年版的第1章)；——增加了对转速为1500r／min、1800r／min的4极发电机的评定准则(见6．1)；——增加了响应比的测试方法和用响应比评定动态特性的准则(见6．1)；——增加了对通频(频率范围为大于或等于转频)的振动限值和评定准则(见6．2)；——增加了附录A的内容(见A．3、A．4和A．5)。
本标准由中国电器工业协会提出。
本标准由全国大型发电机标准化技术委员会(SAC／TC 511)归口。
本标准起草单位：哈尔滨大电机研究所、东方电气集团东方电机有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、华北电力科学研究院有限责任公司、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网湖北省电力公司电力科学研究院、北京四方继保自动化股份有限公司、中广核工程有限公司、北京北重汽轮电机有限责任公司、国网山东省电力公司电力科学研究院。
本标准主要起草人：阙广庆、陈昌林、胡建波、钟苏、白亚民、王健军、王劲松、阮羚、刘全、李祚滨、顾俊果、孙树敏。
防止电力生产事故的二十五项重点要求之10：防止发电机损坏事故讲解
它部件大于50×10-4T），应进行退磁处理。退磁后要求
剩磁参考值为：轴瓦、轴颈不大于2×10-4T，其他部件小 于10×10-4T。
第5条 防止漏氢
氢冷机组，不做介绍。
第6条 防止发电机局部过热
发电机绝缘过热监测器发生报警时，运行人员应及时 记录并上报发电机运行工况及电气和非电气量运行参数， 不得盲目将报警信号复位或随意降低监测仪检测灵敏度。
故障点与性质，如系稳定性的金属接地且无法排除故障时
，应立即停机处理。
机组检修期间要定期对交直流励磁母线箱内进行清
擦、连接设备定期检查，机组投运前励磁绝缘应无异常变 化。
第12条
防止次同步谐振造成发电机损坏
送出线路具有串联补偿的发电厂，应准确掌握汽轮发 电机组轴系扭转振动频率，以配合电网管理单位或部门共 同防止次同步谐振。
1.对装置和同期回路进行全面、细致的校核、传动。 2.利用发电机——变压器组带空载母线升压试验。校 核同期电压检测二次回路的正确性，并对整步表及同期检 定继电器进行实际校核。 3.进行机组假同期试验，试验应包括断路器的手动准 同期及自动准同期合闸试验、同期（继电器）闭锁等内容 。
第10条
防止发电机定子铁芯损坏
试验）中认为可能有匝间短路的发电机，应在检修时通过
探测线圈波形法或RSO脉冲测试法等试验方法进行动态 及静态匝间短路检查试验，确认匝间短路的严重情况，以
此制定安全运行条件及检修消缺计划，有条件的可加装转
子绕组动态匝间短路在线监测装置。
第4条 防止转子匝间短路
经确认存在较严重转子绕组匝间短路的发电机应尽快 消缺，防止转子、轴瓦等部件磁化。发电机转子、轴承、 轴瓦发生磁化（参考值：轴瓦、轴颈大于10×10-4T，其
火电厂主要设备简介
火电厂主要设备简介火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。
主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型.火电厂主要设备：汽轮机本体汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。
它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。
汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。
固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。
转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。
固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。
汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。
汽轮机本体还设有汽封系统。
锅炉本体锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。
它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。
由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。
“热力系统及辅助设备汽轮机部分的辅助设备有凝汽器、水泵、回热加热器、除氧器等。
把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统，叫做发电厂的热力系统。
发电厂的热力系统按照不同的使用目的分为“原则性热力系统”、“全面性热力系统”、汽轮机组热力系统”等。
发电机本体在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。
因而将一次能源（水力、煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。
在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。
其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。
风力发电机振动监测系统维修手册
风力发电机振动监测系统维修手册引言：风力发电机作为一种现代化的可再生能源发电设备，具有环保、高效、可持续的特点，在全球范围内得到广泛应用。
而风力发电机振动监测系统作为该设备的核心部件，对于确保设备的正常运行和减少损耗具有重要意义。
本维修手册旨在提供风力发电机振动监测系统的维修指导，从而帮助用户有效解决设备故障和提高系统性能。
一、系统概述风力发电机振动监测系统通过测量风力发电机振动参数，如振动加速度、振动速度和振动位移等，实时监测设备的运行状态，从而及时识别问题和进行预警。
该系统由传感器、数据采集模块、数据处理单元和显示控制终端等组成。
其主要功能包括：1. 监测风力发电机的振动水平，判断设备的工作状态和软硬件性能；2. 分析和识别设备振动异常，预警设备发生故障的潜在风险；3. 提供实时数据和报表，为维修和调试工作提供数据支持；4. 进行设备故障诊断，提供维修建议和方案。
二、振动监测系统的维护与维修振动监测系统的正常维护和维修对于确保其长期稳定运行和准确监测非常重要。
以下是相关的维护和维修指南：1. 传感器维护传感器是振动监测系统中非常关键的组成部分，其灵敏度和准确性直接影响系统的监测效果。
因此，传感器的维护非常重要。
（1）定期校准传感器的灵敏度，确保其准确度和可靠性；（2）检查传感器与设备的连接接头，确保传感器与设备之间的电气连接良好；（3）在传感器正常工作时，及时清洁传感器并保持传感器周围环境清洁，防止灰尘和杂质影响传感器的运行。
2. 数据采集模块维护数据采集模块负责将传感器采集的数据进行模拟/数字转换，并传输至数据处理单元。
以下是数据采集模块的维护要点：（1）检查数据采集模块的电源和信号连接，确保其正常工作；（2）定期清理数据采集模块和连接线路的灰尘和杂质，保持其通畅和良好的接触性能；（3）及时更换损坏的数据采集模块，确保其正常功能。
3. 数据处理单元维护数据处理单元负责接收和处理数据采集模块传输的数据，并进行分析和判断。
发电机技术要求
2.3 发电机技术要求2.3.1 发电机额定功率(对应TMCR工况)：发电机在额定频率、额定电压、额定功率因数0.9或0.85（滞后）和额定氢压、额定冷却水温（氢气冷却器冷却水温33℃、定子冷却器冷却水温为33℃），发电机额定输出容量733.3MV A或776.5MV A（当采用静态励磁或不与汽机同轴的电动主油泵时，扣除各项所消耗的功率）长期连续运行，此时各部分温升，不应超过国标GB/T 7064-2008中规定的数值。
2.3.2 删除2.3.3 发电机采用水、氢、氢冷却方式。
2.3.4 发电机的励磁型式，采用自并励静止励磁系统，且必须是成熟的技术。
2.3.5 发电机的可用率不低于99%，强迫停用率小于0.5%。
2.3.6 发电机旋转方向与汽轮机相一致。
发电机定子绕组出线端子数目为6个，从励端向发电机端看，从左到右相序排列为U、V、W（出线端子相序排列与设计院协商后确定）。
2.3.7 发电机内氢气纯度不低于95%时，发电机应能在额定条件下发出额定功率。
但计算和测定效率时的基准氢气纯度为98%。
2.3.8 发电机线圈冷却水的温度范围为40-50℃。
应设有自动调节装置对入口水温进行调节，冷却水温度波动范围不大于2℃。
线圈出口水温不得大于85℃。
2.3.9 发电机线圈冷却水质透明纯净，无机械混杂物。
电导率（25℃）≤2μS/cm（定子线圈独立水系统）pH值7.0～9.0硬度＜2微克当量/L（2μgE/L）2.3.10 定子线圈内冷却水允许断水时间在带满负荷运行的情况下不少于30秒。
投标方应提供发电机断水减负荷曲线，并能实现在一定条件下可以允许短时间持续运行满足小时负荷的运行方式。
2.3.11 发电机定、转子各部分温度和温升的限值，应符合国标GB/T7064-2008“隐极同步发电机技术要求”中的规定。
运行时，对每根线棒有一个单独出水支路的同层各水接头温差不应大于8K。
2.3.12 基本测温要求2.3.12.1 在定子每槽内上、下层线圈间埋置二个单支或一个双支型测温热电阻（Pt100）（三线制）（其中一支备用，引至接线板）。
基于光纤加速度传感技术的发电机端部振动监测系统的应用
图2光纤测振传感器安装示意基于光纤加速度传感技术的发电机端部振动监测系统的应用Generator and Vibration Monitoring System Based on Optical Fiber Acceleration Technology张俊（广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海519050）摘要介绍了一种基于光纤加速度传感技术的发电机端部振动监测系统的构成,以及其安装、调试及应用。
经长期运行表明,该系统实施后测量准确稳定，实现了发电机端部振动实时在线监测和分析，实际应用效果良好。
关键词：光纤加速度传感，发电机，端部振动AbstractThis paper introduces the composition of a generator end vibration monitoring system based on optical fiber accelera-tion technology,and the installation,debug and application of such system．During long－time operation,the measurements of the system have remained stable and accurate,online monitoring and analyzing the generator end vibration have become a reality,and the results are good．Keywords :optical fiber acceleration sensing,generator,end vibration发电机定子绕组端部电气环境非常恶劣，目前300MW 及以上容量的发电机线棒工作电压达20kV 左右，电流在10kA 以上，是一个高电压、强交变电磁场的特殊环境。
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汽轮发电机定子绕组端部 振动监测系统
华北电力科学研究院有限责任公司 白亚民
教授级高级工程师
一、前言
• 发电机正常运行时，定子绕组端部处于不停的振动当中，振 源主要为双倍频交变电磁力。由于发电机定子绕组端部类似 悬臂梁的结构特点，特别是汽轮发电机定子线棒端部伸展较 长，因此防止因振动过大威胁发电机的安全运行，一直是设 计、制造和运行人员共同关心的问题。大量的发电机事故统 计分析表明，长期的振动可能造成发电机定子绕组端部紧固 结构松动、线棒绝缘磨损，因振动还可导致机械疲劳引起的 股线断裂，严重的故障将引发端部相间短路事故。因为造成 振动的电磁力与发电机定子电流的平方成正比，随着发电机 单机容量的增大，定子绕组端部的振动问题更为突出。
3）VibroSystM公司实际业绩
• 至2000年底以前，VibroSystM公司开发的光纤加速度振动 测试系统共售出并安装了36套，各套系统配备传感器数目如 下：1个测点的9套、2个测点的3套、4个测点的3套、5个测 点的2套、6个测点的2套、8个测点的4套、9个测点的1套、 12个测点的10套、34个测点1套、36个测点的1套，其中包 括了安装在我国陡河电厂6个测点的一套系统和山东黄岛电 厂2个测点的一套系统。VibroSystM公司还生产SBV系列压 电式振动传感器，应用也很广泛，在此不作详述 。
运行中监测端部振动必要性
• 近代设计先进、工艺可靠的发电机，采用了许多防止端部振 动过大的措施，发电机安装和检修工作也规定了相应的措施， 如要求测试端部线棒和引线的固有频率及模态，绕组端部紧 固结构的详细人工检查和处理，等等。实践表明，这些措施 对防止发电机发生端部振动破坏事故是非常有效的，保证发 电机能够承受端部的正常振动而长期无故障运行。
• 可以通过锤击试验寻找安装传感器的最佳位置。 • 传感器用浸环氧的玻璃编织带永久性固定在线圈端部。为避免发
电机抽插转子和做检查工作时受损，典型的安装位置在上下层线 棒连接鼻端，或下层线棒的外表面。光缆的典型安装走向是沿下 层线圈支撑环的外表面布置，其目的也是为防止损坏。 • 多通道振动监视系统的电子回路由两种基本单元组成：
– 注意：发电机外壳是光信号和电信号分界线，与WH 公司的技术完全不同。
图3 FOA-100型光纤振动传感器、光缆及光电转换接头照片
图4 在发电机定子绕组端部安装的光纤振动传感器（照片）
2）光纤加速度传感器的配置和基本参数
• 传感器本体由瓷质和聚苯类元件制造。光纤由5mm厚的聚四氟乙烯套管 保护，最小弯曲半径为80mm，光纤长度为6m或10m或更长。
• 传感器尺寸为1”×1”×3”，直接安装到被 测部位上。传感器内部结构为一个舌簧和 光栅组。光栅位于舌簧运动最高点的端部， 承受振动时可间断遮光生成光脉冲。传感 器设计为给定时间段上脉冲数量与被测振 幅成正比。光脉冲信号通过光缆送到机外 的主机中，经过数据处理在主机的液晶显 示屏上显示振动峰－峰值 。
• 重点介绍监测系统和实际应用情况。
二、发电机定子绕组端部 振动监测系统选型
• 发电机定子绕组端部监测环境非常恶劣，目前300MW及以上容量的发电 机线棒工作电压达20kV左右，电流1万安培以上，因此是一个高电压、强 交变电磁场的特殊环境。
• 通常进行振动监测使用的压电式或压阻式加速度传感器，因对电气环境敏 感而限制了其在此环境下的应用。
• 一般设计参数为：
– 传感器与电子装置之间的电气绝缘强度大于27kV（有效值） – 测量频率范围：30 Hz～350Hz±5% – 动态测量范围：在100Hz时0～40g（峰－峰值0~1mm） – 加速度测量灵敏度：100mV/g±5% – 传感器重量约30g – 最大冲击加速度：600g半正弦，耐受1ms – 传感器谐振频率：500Hz以上 – 横向灵敏度：相对轴向值的5%以内 – 残余噪声：30Hz~350Hz之间总噪声<3mV（RMS） – 分辨率：100Hz时峰－峰值<1μm – －运行压力：氢气压力<0.5MPa – －传感器的连续最高工作环境温度90℃
• 传感器头位于三根单股多模式光缆的一端。一根承载照射用 光，可通过调节电子装置对其控制。传感器头通过另两条光 纤返回两个强弱可变的光信号。当光纤加速度计承受振动时， 受力与引起一个弹性支架的角度偏转对应的加速度成正比。 支架角度的变化使支架上的一面镜子角度随之变化。射入镜 子的光束就随加速度幅值成比例改变角度。电子调节装置由 光电探测器回路、放大器和滤波器组成，其输出是一个被校 准的模拟加速度信号。一个带通滤波器用于衰减噪声和支架 的谐振频率。
3）实际应用情况
• 大约10年以前，WH公司已经在100多台 发电机上安装了定子绕组端部振动监测系 统，其中80％以上的发电机安装了12个测 点，根据情况最少的安装了6个测点，最 多的安装了48个测点。
• 典型的安装方式是12个测点，具体布置为 汽侧和励侧各6个测点，全部为鼻端作径 向测量。
2 加拿大VibroSystM公司的光学振动监测系统 1）传感器基本结构和工作原理
运行中监测端部振动必要性（续）
• 如果检修中通过模态试验发现某台发电机端部动态特性不合 格，存在有倍频附近的椭圆振型。经验证明，端部结构的局 部简单改动对端部整体动态特性作用有限。重做定子绕组和 端部紧固结构，代价昂贵，而且还不能保证改造一定成功。 而实际情况是这台发电机或同型机已经运行了很长时间，并 没有发生影响安全的严重问题，说明端部结构比较牢固，再 继续运行很长时间也可能仍然没问题，但不能保证它今后不 发生问题。对这种发电机最经济、最理想的处理方法，就是 加装在线监测系统，监视运行中发电机定子绕组端部的实际 振动状态，实现早期故障报警，进行端部的状态检修，可以 有效防止突然事故的发生。
• 1998年大修中该发电机经模态试验证实定子绕组端部汽侧和励侧均存 在107Hz~108Hz的椭圆振型，恰处于最危险的频率范围上。
• 为保证发电机安全运行，避免突然事故的发生，应当对该发电机定子 绕组端部采取一定的处理措施：
– 或者是发电机定子绕组端部结构彻底改造，使其改变振型和固有频率； – 或者加装在线振动监测装置，监视发电机定子绕组端部的实际振动情况。
1）传感器基本结构和工作原理（续）
• 光传感器采集的信号通过光缆送到安装在机壳上 的承压密封盒内的光电耦合器上，转变为电信号 再送入AGM-P21信号处理模块和PCU-100型可 编程信号处理器。PCU-100既可以处理普通的压 电式加速度传感器采集的电信号，也可以处理由 FOA-100光纤传感器送出的光信号转换出来的电 信号，是一种通用型数据信号处理器。
2在线监测装置的选型和安装
• 经过综合考虑供货渠道、价格、业绩等因素，选择了加拿大 VibroSystM公司生产的光纤振动监测系统。
– 其中光纤振动传感器为FOA-100型加速度计，共购置6只，励侧和汽 侧各安装3只。
– 配套的数据处理和监测显示仪器为PCU-100型信号处理器。
• 整套设备的安装利用小修时间完成。 • 安装工作中很重要的是传感器的安装位置选择，由于是非金属材
– 在强电磁场的作用下，金属结构的普通传感器可能产生放电，并且引起磁场分 布的变化，干扰自身的工作。
– 含铁磁性材料的传感器本身还存在剧烈的电磁振动和涡流发热，会对线棒绝缘 形成严重威胁，降低了发电机安全运行的可靠性，增加了事故的隐患。
• 在发电机定子端部应当慎用含有金属结构的振动传感器。 • 由于采用光学原理和光纤材料的传感器可以抵御电磁干扰，目前国内外已
• 运行实践和检修经验表明，发电机定子绕组端部的振动状态 不可能是一成不变的，在交变电磁力和热应力的长期作用下， 可能因绝缘的微缩作用及磨损或紧固件的局部松动，使固有 频率和振型发生变化，投运时完全合格的发电机，经长期运 行使固有频率和振型落入与电磁力谐振范围内，造成振动状 态逐步或突然恶化，而一般的电气监测和外部部件振动监测 反映不出这种危险的振动变化，就难以完全避免突然事故的 发生，因此，有条件时，直接监测定子绕组端部的振动幅值 是非常有用的技术措施。
• 鉴于该发电机已经无故障运行了几年，定子绕组端部未见到明显的磨 损和松动痕迹，说明振动阻尼较大，有效约束了振动的幅值，并且谐 振频带较窄，共振现象不明显。这种情况可能还可以维持很长时间， 但随着运行时间的延长，端部结构可能逐渐劣化，出现端部事故的危 险就逐渐增大。
• 因此，加装在线监测振动的装置是明智的选择，可以以较少的投资实 现定子端部故障的早期报警，避免重大事故的突然发生，达到保证发 电机安全运行的重要目的。
图1 美国WH公司光学振动传感器内部结构图
2）WH公司监测系统的基本配置
• 系统的基本配置一般包括用于两侧的12个振动传感器和2根光缆束、 两个光纤承压密封盒，以及一台多通道振动监视器。
– 光纤传感器通常用于测量径向振动，（轴向和周向的振动也可以测 量），具体测量位置和方向取决于发电机的具体情况。
我们的实践
• 1998年我们在一台200MW上安装了定子绕组端 部在线振动监测系统，起因是发电机定子绕组端 部动态特性试验结果不合格，存在 107Hz~108Hz的椭圆振型模态频率。
• 2003年我们在托克托电厂2台进口600MW发电 机上因同样原因安装端部振动监测系统。
• 为此对该类监测技术进行了试验研究。
• FOA-100型光纤加速度计现场应用结果表明它具有很高的灵 敏度、准确度、可靠性和通用性，特别适用于汽轮发电机和 水轮发电机绕组端部的振动监测。
三、陡河发电厂＃7发电机上的应用实践 1发电机历史情况