CN208950762U - 一种水轮机健康状态评估系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及水轮机监测技术领域,具体涉及一种水轮机健康状态评估系统,具体包括传感器模块、数据采集模块、模数转化模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机和服务器;传感器模块、数据采集模块、模数转化模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机、服务器依次连接;本实用新型通过传感器模块实时对水轮机各运行状态和参数进行实时监控,实现对水轮机大轴摆度、转速、机架振动、透平油温度、湿度、流量、水头等物理参数的实时监测、传输、数据分析处理、健康状态评估、缺陷故障预警等功能,进而有效地降低了各项安全事故的发生率,同时为水电站运行管理人员提供运行、维护、检修的优化决策依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及水轮机监测技术领域,具体涉及一种水轮机健康状态评估系统。
背景技术
水力发电是重要的可再生绿色能源,处于电力生产、输配、使用环节的首端。水电站通过水轮机将水能转化为机械能,并与水轮发电机相连将机械能转化为电能,水电站与输电网直接相连,为国民生产生活提供电能。因此,确保水轮机的安全、可靠、稳定运行,关乎着生产、生活的各个方面,具有重要的现实意义。
为了确保水轮机的安全、可靠、稳定运行,需要工作人员实时掌握水轮机的健康状况,在水轮机出现缺陷时,能够及时发现并制定检修计划进行处理,从而预防故障的发生。因此,依据水轮机实际情况和相关技术要求对水轮机开展健康状态评估就显得格外重要。
而且水轮机所处的地理流域、机组型号、周围环境、安装条件和运行特性等各不相同,现有技术中,对检修维护人员的技术熟练度、工作量及专业知识都提出了更高的要求,困难较多,实际上绝大多数水轮机无法实现设备健康状态的实时监测、分析和评估。因此,亟需对水轮机采用智能化健康评估系统,实时掌握水轮机的运行情况和健康状况。
发明内容
为了解决上述问题,本实用新型提供了一种水轮机健康状态评估系统,具体技术方案如下:
一种水轮机健康状态评估系统包括传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机和服务器;所述传感器模块用于采集水轮机的状态信号;所述数据采集模块用于读取传感器模块采集到的水轮机的状态信号;所述模数转换模块用于将数据采集模块读取的水轮机的状态信号进行模数转换;所述信号放大模块用于将经过模数转换模块转换后的水轮机的状态信号进行放大;所述数据处理模块用于将经过信号放大模块放大后的水轮机的状态信号进行处理,并将处理后的水轮机的状态信号传输至远传通信模块,远传通信模块用于将数据处理模块处理后的水轮机的信号传输至网络交换机;所述网络交换机用于将接收到的水轮机的状态信号传输至服务器;所述传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机、服务器依次连接;
所述传感器模块包括摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元;所述摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元分别与数据采集模块连接;
所述摆度传感器用于检测水轮机大轴的摆度值;所述振动传感器用于检测水轮机上下机架、顶盖部位的振动值;所述湿度传感器用于检测透平油的水分含量;所述温度传感器用于检测水轮机透平油的温度值;所述转速传感器用于检测水轮机大轴的转速;所述压力传感器用于检测导叶前水压、转轮后水压、技术供水供油管路的水压、油压;所述流量检测单元用于检测流道内、蜗壳内、尾水管内的水流流量;所述水头检测单元用于检测水轮机的工作水头。
进一步,所述数据处理模块包括CPU处理单元、数据输入单元、数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元;所述数据输入单元与数据过滤单元连接;所述数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元分别与CPU处理单元连接。
进一步,所述数据采集模块与模数转换模块通过射频无线网络连接。
进一步,所述数据处理模块与远传通信模块通过射频无线网络连接。
进一步,所述远传通信模块包括无线通信单元,所述无线通信单元与网络交换机连接。
进一步,所述远传通信模块包括网络通信单元,所述网络通信单元与网络交换机连接。
进一步,所述远传通信模块包括USB通信单元,所述USB通信单元与网络交换机连接。
进一步,所述远传通信模块包括串口通信单元,所述串口通信单元与网络交换机连接。
进一步,所述服务器包括上位机、数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元和供电单元,所述数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元、供电单元分别与上位机连接。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型通过传感器模块实时对水轮机各运行状态和参数进行实时监控,实现了对水轮机大轴摆度、转速、机架振动、透平油温度、湿度、流量、水头等物理参数的实时监测、传输、数据分析处理、健康状态评估、缺陷故障预警等功能,进而为水轮机的健康状态提供评估和预警,有效地降低了各项安全事故的发生率,同时为水电站运行管理人员提供运行、维护、检修的优化决策依据。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为本实用新型中的数据处理模块的结构示意图;
图3为本实用新型中的服务器的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型,下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明:
如图1所示,一种水轮机健康状态评估系统包括传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机和服务器;传感器模块用于采集水轮机的状态信号;数据采集模块用于读取传感器模块采集到的水轮机的状态信号;模数转换模块用于将数据采集模块读取的水轮机的状态信号进行模数转换;信号放大模块用于将经过模数转换模块转换后的水轮机的状态信号进行放大;数据处理模块用于将经过信号放大模块放大后的水轮机的状态信号进行处理,并将处理后的水轮机的状态信号传输至远传通信模块,远传通信模块用于将数据处理模块处理后的水轮机的信号传输至网络交换机;网络交换机用于将接收到的水轮机的状态信号传输至服务器;传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机、服务器依次连接;
传感器模块包括摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元;摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元分别与数据采集模块连接;
摆度传感器安装在水轮机大轴附近,用于检测水轮机大轴的摆度值;振动传感器安装在水轮机上下机架、顶盖处,用于检测水轮机上下机架、顶盖部位的振动值;湿度传感器安装于油箱内,用于检测透平油的水分含量;温度传感器安装于油箱内,用于检测水轮机透平油的温度值;转速传感器安装于水轮机大轴附近,用于检测水轮机大轴的转速;压力传感器安装于导叶、转轮、供水供油管路处,用于检测导叶前水压、转轮后水压、技术供水供油管路的水压、油压;流量检测单元包括流量计,安装于流道、蜗壳、尾水管处,用于检测流道内、蜗壳内、尾水管内的水流流量;水头检测单元包括水位计,安装于上下游处,用于检测水轮机的工作水头。
如图2所示,数据处理模块包括CPU处理单元、数据输入单元、数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元;数据输入单元与数据过滤单元连接;数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元分别与CPU处理单元连接。数据过滤单元用于将传感器采集水轮机的状态信号中的干扰和噪音信号剔除。电源单元包括市用电源、感应取电模块、交流适配器、蓄电池,市用电源和感应取电模块分别与交流适配器并联,交流适配器与蓄电池连接,蓄电池与CPU处理单元连接。设置GPS时钟单元可以保证传感器采集数据的时间一致性,规约单元用于实现不同传感器的传输规约一致性。
数据采集模块与模数转换模块通过射频无线网络连接。数据处理模块与远传通信模块通过射频无线网络连接。射频无线网络具有抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受安装条件限制少等特点,目前在众多领域得到了应用。
本实用新型实施例中,远传通信模块包括多种通信模式与网络交换机进行连接并并实现实时数据传输。
远传通信模块包括无线通信单元,无线通信单元与网络交换机连接。无线通信单元是采用无线技术进行数据传输。它被广泛地应用于电力、通信、计算机等领域。无线通信单元主要有发射器、接收器和控制器组成。本实用新型实施例中的无线网络可为2G、GPRS、3G、CDMA、4G、LTE等现行的无线网络。
远传通信模块包括网络通信单元,网络通信单元与网络交换机连接。网络通信单元直接通过TCP/IP协议链接网络交换机,实现来自数据清洗装置的实时数据的传输。本实施例中的网络通信单元可由物理层芯片来实现。
远传通信模块包括USB通信单元,USB通信单元与网络交换机连接。USB通信单元采用USB接口,符合USB 3.1/3.0/2.0等现有协议规范,远传通信模块可通过USB通信单元与USB通信转换器连接。USB通信转换器是在USB通信协议和TCP/IP协议之间完成数据转换的通讯接口协议转换器,可以让USB设备连接至网络。
远传通信模块包括串口通信单元,串口通信单元与网络交换机连接。串口通信单元采用串口接口,符合ModbusRTU/ASCII协议规范,远传通信模块可通过串口通信单元与串口通信服务器连接。串口服务器是在RS-232串口通信协议和TCP/IP协议之间完成数据转换的通讯接口协议转换器,可以让RS-232串口设备立即连接网络。
如图3所示,服务器包括上位机、数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元和供电单元,数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元、供电单元分别与上位机连接。服务器用于实现接收、分析、评估、存储、备份实时数据等功能。
本实施例中,若存在多个传感器和数据采集模块对水轮机各个运行数据进行采集,则对于不同类型的数据,可以采用不同的数据传输方式,因此本实施例可以配置多个远传通信模块。
本实施例中,通过传感器模块实时对水轮机各运行状态和参数进行实时监控,实现了对水轮机大轴摆度、转速、机架振动、透平油温度、湿度、流量、水头等物理参数的实时监测、传输、数据分析处理、健康状态评估、缺陷故障预警等功能,进而有效地避免了各项事故的发生;而服务器的显示输出单元能够根据用户需求实时显示和分析的水轮机运行数据,查看各传感器工作状况,显示历史数据统计情况;能够为水轮机的健康状态提供评估和预警,同时为水电站运行管理人员提供运行、维护、检修的优化决策依据。
本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式,以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:包括传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机和服务器;所述传感器模块用于采集水轮机的状态信号;所述数据采集模块用于读取传感器模块采集到的水轮机的状态信号;所述模数转换模块用于将数据采集模块读取的水轮机的状态信号进行模数转换;所述信号放大模块用于将经过模数转换模块转换后的水轮机的状态信号进行放大;所述数据处理模块用于将经过信号放大模块放大后的水轮机的状态信号进行处理,并将处理后的水轮机的状态信号传输至远传通信模块,远传通信模块用于将数据处理模块处理后的水轮机的信号传输至网络交换机;所述网络交换机用于将接收到的水轮机的状态信号传输至服务器;所述传感器模块、数据采集模块、模数转换模块、信号放大模块、数据处理模块、远传通信模块、网络交换机、服务器依次连接;
所述传感器模块包括摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元;所述摆度传感器、振动传感器、湿度传感器、温度传感器、转速传感器、压力传感器、流量检测单元、水头检测单元分别与数据采集模块连接;
所述摆度传感器用于检测水轮机大轴的摆度值;所述振动传感器用于检测水轮机上下机架、顶盖部位的振动值;所述湿度传感器用于检测透平油的水分含量;所述温度传感器用于检测水轮机透平油的温度值;所述转速传感器用于检测水轮机大轴的转速;所述压力传感器用于检测导叶前水压、转轮后水压、技术供水供油管路的水压、油压;所述流量检测单元用于检测流道内、蜗壳内、尾水管内的水流流量;所述水头检测单元用于检测水轮机的工作水头。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述数据处理模块包括CPU处理单元、数据输入单元、数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元;所述数据输入单元与数据过滤单元连接;所述数据过滤单元、液晶显示屏、GPS时钟单元、电源单元、存储器单元、规约单元和数据输出单元分别与CPU处理单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述数据采集模块与模数转换模块通过射频无线网络连接。
4.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述数据处理模块与远传通信模块通过射频无线网络连接。
5.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述远传通信模块包括无线通信单元,所述无线通信单元与网络交换机连接。
6.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述远传通信模块包括网络通信单元,所述网络通信单元与网络交换机连接。
7.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述远传通信模块包括USB通信单元,所述USB通信单元与网络交换机连接。
8.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述远传通信模块包括串口通信单元,所述串口通信单元与网络交换机连接。
9.根据权利要求1所述的一种水轮机健康状态评估系统,其特征在于:所述服务器包括上位机、数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元和供电单元,所述数据接收单元、数据分析单元、数据存储单元、数据备份单元、健康状态评估单元、数据统计单元、缺陷预警单元、显示输出单元、供电单元分别与上位机连接。
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