CN220084963U - 一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置 - Google Patents

一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置 Download PDF

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Abstract

本实用涉及一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其包括不锈钢接线箱,不锈钢接线箱内安装底板,底板上安装电源,电源一侧连接采集卡,采集卡一侧安装4G网络数据传输块;电源另一侧连接第一空气开关;电源下部还设置第一线槽,第一线槽上设置一组或多组端子排,端子排一侧安装放大器,放大器一侧安装继电器,继电器一侧连接第二空气开关;不锈钢接线箱一侧铰接上盖,上盖中部安装显示器,不锈钢接线箱侧壁上还设置一组或多组穿线格兰。该透平机组转动部件轴电压电流监测装置,实现实时显示;进行预警。将高速采集得到的信号数据进行本地存储,连接网络平台也可以查阅实时波形成分数据和报警信息,报警信息可以推送至手机终端。

Description

一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置
技术领域
本实用新型涉及轴电压电流监测装置的技术领域,尤其是一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置。
背景技术
透平机组的转子为转动部件,流体流经高速旋转的转子叶片与静止部件进行摩擦,进而在转子上会累积大量的静电电荷。静电电荷的强度与转子叶片的长度成正比关系。与此同时,透平机组的组装配整体安装过程中不可避免地会有焊接连接,其过程会伴随留有一定的磁场产生,随着转子的旋转产生感应交流电荷。交流电荷的强度会随着设备转子的长时间的旋转,其电荷的强度会逐渐变大。所以,转动设备的转子轴在设备正常运行时会产生轴上的静电电荷和感应的交流电荷。而轴上的电压电流是静电和感应电的综合体现,往往会有接地回路,来降低其幅值。如轴对地电压过高,轴承与转子之间的油膜将会被高压击穿放电,形成转子、轴颈、轴瓦、轴承座、基座和地网之间的放电回路;大电流或高电压的频繁放电会对机组的轴承和转子部件产生电腐蚀和磁化,一直未被监测和处理,长期放电运行机组,会造成轴承温度高、震动大,机组运行效率降低,从而导致机组停机事故。因此使用本在线监测装置,对转动设备的轴对地电压电流的静电和感应交流电荷进行实时在线监测并预警,保证机组的安全高效运行是非常有必要的。
目前,国内外已对汽轮发电机轴电压和轴电流的在线监测和分析进行了相关的研究,并设计了相应的装置。如,申请号201120191855.9已公开的一种监测轴电流轴电压装置,该装置由信号采集模块、数据处理、显示模块组成,测量轴上的感应电压与转子轴承间的电压。通过一环抱与发电机大轴的电流互感器引出,变换成电压后进行数据的再处理,通过傅里叶变换对信号处理并对0-300Hz的各频点的幅值进行监测,重点显示50Hz、150Hz幅值,但是其测量的频率段只能到300Hz,无法对高于此设定频率的信号进行有效采集监测,轴电压电流是综合表征需要包含静电直流电荷和感应交流电荷,其为杂散电流和噪声信号类似,只有高速高频率的信号采集,才能对其进行捕捉到;300Hz显然远远不够;又如,申请号为201020140466.9已公开的发电机轴电压轴电流在线检测装置,通过碳刷汽轮机端接地,测量轴的汽端和励磁端,而连续的轴电压测量是通过励磁端测量碳刷实现,信号处理后在一个柜体中进行实现显示,但是其柜体结构尺寸大,无法就近放置于被测量碳刷附近,而高频的轴电压信号的采集精度与测量回路的长短成正比的关系;申请号为201510889168.7已公开的一种汽轮发电机轴电压和轴电流在线监测及治理装置,由电压变送器0-100V,电流变送器0-1A进行采集信号,显示测量数据和波形,并将数据存储。发电机励磁侧含有信息治理单元,采用电容和电阻连接电刷和接地端,汽轮机侧电刷则与接地端连接,利用变送器进行采集得到的电压电流信号,所以装置的采集频率是由互感器本身参数决定,同样无法可靠完成高频段的信号采集;但是,上述现有的汽轮发电机组轴电压和轴电流监测装置,大多数是采用电流互感器、电压互感器进行轴对地的对应的电流和电压的测量,且利用测量的电流和电压信号的低频段和其对应的有效值作为报警的依据。然而,往往轴电流有效值幅值很低,也是非常容易引起轴瓦附着的油膜被击穿频繁的放电和产生电腐蚀。本监测预警装置采用高速高频段的信号采集,并利用轴电压电流的脉冲正峰值进行判定。低采集速度的互感器无法捕捉到瞬时产生的电荷释放,从而无法保证测量幅值的准确性,进而无法保证判断报警值的有效性。轴电压和轴电流的脉冲正峰值和其有效值并不存在线性关系,经常脉冲正峰值已经达到了油膜击穿放电电压的幅值,然而其有效值还在合理的比较低的幅值区间,如果按照有效值幅值用于监测是非常容易产生误判,给现场运行操作人员带来误判设备运行状态情况的风险,从而造成较大的经济损失。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是:为了解决上述背景技术中存在的问题,提供的是一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,可利用高速采样频率的高速采集卡A1,利用接地回路就地安装,简便地实现轴电压电流的高速采集,带通滤波处理得到10Hz-1MHz波形的所需成分,实现在工控一体机A3上将轴电压和轴电流正峰值、频率值、周期平均值、正峰值曲线、周期平均值曲线、频谱图实时显示;依据电腐蚀的主因轴电压和电流的脉冲放电瞬间的正峰值进行预警。将高速采集得到的信号数据进行本地存储,连接网络平台也可以查阅实时波形成分数据和报警信息,报警信息可以推送至手机终端。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,包括一侧开口的不锈钢接线箱,所述的不锈钢接线箱内安装底板,所述的底板上安装电源,所述的电源的一侧连接采集卡,所述的采集卡的一侧安装4G网络数据传输块;所述的电源的另一侧连接第一空气开关;所述的电源的下部还设置第一线槽,所述的第一线槽上设置一组或多组端子排,所述的端子排的一侧安装放大器,所述的放大器的一侧安装继电器,所述的继电器的一侧连接第二空气开关;所述的不锈钢接线箱一侧铰接上盖,所述的上盖中部安装显示器,所述的不锈钢接线箱侧壁上相对端子排的一侧还设置一组或多组穿线格兰。
进一步地限定,上述技术方案中,所述的端子排的上部还设置电流互感器,所述的电流互感器固定安装在底板上。
进一步地限定,上述技术方案中,所述的端子排的两端分别通过固定端固定。
进一步地限定,上述技术方案中,所述的穿线格兰上均套设堵头。
进一步地限定,上述技术方案中,所述的底板上部四周均设置第二线槽。
进一步地限定,上述技术方案中,所述的第一线槽的上部平行设置第三线槽。
本实用新型的有益效果是:本实用新型提出的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,可利用高速采样频率的高速采集卡A1,利用接地回路就地安装,简便地实现轴电压电流的高速采集,带通滤波处理得到10Hz-1MHz波形的所需成分,实现在工控一体机A3上将轴电压和轴电流正峰值、频率值、周期平均值、正峰值曲线、周期平均值曲线、频谱图实时显示;依据电腐蚀的主因轴电压和电流的脉冲放电瞬间的正峰值进行预警。将高速采集得到的信号数据进行本地存储,连接网络平台也可以查阅实时波形成分数据和报警信息,报警信息可以推送至手机终端。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的结构示意图;
图2是图1的侧面结构示意图;
图3是图1的俯视结构示意图;
图4是图1中上盖打开的结构示意图;
图5是图4的俯视结构示意图;
图6是图4中底板上部的安装示意图。
附图中的标号为:J1、不锈钢接线箱,M、底板,P1、电源,A1、采集卡,A3、4G网络数据传输块,S1、第一空气开关,7、第一线槽,8、端子排,U1、放大器,K、继电器,S2、第二空气开关,12、上盖,A2、显示器,G2、穿线格兰,C1、电流互感器,G1、固定端,17、堵头,18、第二线槽,19、第三线槽。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
在本申请中,继电器K包括继电器K1和继电器K2;端子排8包括端子X1、端子X2、端子X3、端子X4和端子X5。
见图1-6所示的是一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,包括一侧开口的不锈钢接线箱J1,不锈钢接线箱J1内安装底板2,底板2上安装电源P1,电源P1的一侧连接采集卡A1,采集卡A1的一侧安装4G网络数据传输块A3;电源P1的另一侧连接第一空气开关S1;电源P1的下部还设置第一线槽7,第一线槽7上设置一组或多组端子排8,端子排8的一侧安装放大器U1,放大器U1的一侧安装继电器K,继电器K的一侧连接第二空气开关S2;不锈钢接线箱J1一侧铰接上盖12,上盖12中部安装显示器A2,不锈钢接线箱J1侧壁上相对端子排8的一侧还设置一组或多组穿线格兰G2。
其中,端子排8的上部还设置电流互感器C1,电流互感器C1固定安装在底板2上。端子排8的两端分别通过固定端G1固定。穿线格兰G2上均套设堵头17。底板2上部四周均设置第二线槽18。第一线槽7的上部平行设置第三线槽19。
在本申请中,电源P1接入到X1端子的1,2,PE端,而后经过第一空气开关S1控制接入到电源P1,转换成24V直流电源分配给X2端子,给高速采集卡A1、工控一体机A2、4G网络数据传输模块A3进行供电。高速采集卡A1和工控一体机A2之间连接网线进行通讯传输数据。透平机组的碳刷或电刷接地线接入X3端子1,X3端子1的上端头接入至第二空气开关S2的上端头,第二空气开关S2的下端头接至X3端子2,端子2串接入高性能电流互感器C1的一次侧,端子2接入到3号端子后接至机组的接地点。X3端子的1号端子接入到AI1+端子,X3端子的3号端子接到AI1-端子。高性能电流互感器C1二次侧的输出分别接入至AI2+和AI2-。高速采集卡A1的模拟量输出AO接入至放大器U1,输出的模拟量4-20mA信号接入到X4端子。高速采集卡A1的数字量输出DO接入到继电器K1和K2,输出开关干接点信号接至X5端子。
高速采集卡对透平机组的碳刷或电刷的接地情况进行实时在线监测,第二空气开关S2断开后测量的为轴系上的轴电压信号,当第二空气开关S2合上,测量的为轴接地回路的轴电流信号,再根据选定的高性能电流互感器的变比,换算得出接地回路侧的电流信号幅值。机组正常运行是需要将接地回路保持接通,即第二空气开关S2始终保持闭合的状态。经过高速采集卡A1的智能运算处理后,并依据程序设定的输出模式将模拟量和数字量的信号连接至4G网络数据传输块A3。高速采集卡A1的数据通讯交互给工控一体机A2进行数据的实时监测显示和报警信息警示。客户现场的供电电源和数据的输送的线缆需要穿过不锈钢穿线格兰G2进行连接防护。
采样率决定了数据采集设备的ADC每秒钟进行模数转换的次数,采样率越高,给定的时间内采集到的数据就越多,就能越好的复原原始的信号。根据奈奎斯特采样定理,要在频域还原信号,采样率至少是信号最高频率的2倍;而要在时域还原信号,则采样率至少应该是信号频率的5-10倍。根据这个原理将高速采集卡A1的采集信号频段选择2MHz。运用软件进行编程,将测量得到的轴对地的电流和电压信号进行带通滤波处理后保留频率段10Hz到1MHz轴对地电压电流信号。对轴电压电流的信号进行FFT频域处理得到信号对应的频谱图,再利用波形函数功能得到信号对应波形的正半周的峰值、周期平均值、频率值成分。正峰值和周期平均值,需要按照工控一体机A2的HMI界面手动输入的时间周期进行提取得到波形,并将最大值进行压缩存储。工控一体机A2的HMI画面将测量得到的波形成分对应的幅值进行显示:轴对地电压和轴对地电流的正峰值、周期平均值、频率值。A2的HMI画面的曲线图显示:正峰值趋势曲线图、周期平均值的趋势曲线图、信号的频谱图。X4端子上将正峰值和周期平均值以4-20mA的信号进行输出,提供给客户远程进行查看和存储。正峰值高限和低限报警阈值需要在程序中预先设定,监测到轴电压电流正峰值超过高限或低于低限阈值时,则会在A2画面上有高限/低限报警灯的闪烁警示。工控一体机A2会自动将此报警的数据值和发生的时间完成快速记录并存储至硬盘,高速采集卡A1的DO输出给K1/K2继电器的信号,连接至X5端子,提供给客户远程端使用。存储在工控一体机A2硬盘里面的记录数据,利用转换插件可以将其转换成Excel格式的数据,非常方便技术人员进行查看和分析。4G网络数据传输模块A3的数据输入端为接线端子X4的模拟量和接线端子X5的数字量数据。利用A3的云平台完成数据的对应配置,连接4G网络或互联网即可查看轴电压电流的实时监测到的正峰值趋势曲线、周期平均值趋势曲线、频率值趋势曲线、报警记录信息,报警信息可以以短信的方式推送至指定手机号终端。
通过本装置的智能运算处理可持续对透平机组的转动部件轴电压电流实时监测预警,对10Hz-1MHz频段进行高速采集并得波形的各个成分用于分析监测,可以有效监测机组的轴上的剩磁幅值是否过大、放电的幅值和频次是否过高、接地情况是否良好、轴接地回路的断开与否、磁化加剧与否等情况及时地预警分析。当监测到轴电流有效值为0A,触发低限报警,说明轴接地回路已经断开。当轴电流幅值监测到的持续缓慢的增长且相对变化率((监测到的新值-原先值)/原先值)大于100%,触发高限报警,说明透平机组轴系上的感应交流成分较大,机组的剩磁量幅值较大,磁化加剧严重。轴电流的正峰值幅值超过5A,触发高限报警,说明轴承处的绝缘不佳,导致转子和碳刷或电刷之间的接触电阻很低,使得轴电流大,进而诱发润滑油频繁的放电,油品会劣化。当轴电压正峰值超过5V时,采集卡进行信号的处理,触发脉冲,继而在接地回路的静电释放后,轴电压的幅值降低,持续反复循环产生脉冲信号,如果此脉冲信号的频率超过30Hz,触发高限报警,说明机组的接地回路接触不良,如电刷或碳刷的刷头磨损殆尽,转子和刷头的接触表面不清洁等,触发高限报警。客户可以根据本装置的监测数据和高低限报警信号,提前规划停机检查、机组维修、消磁处理等事项,确保机组安全、可靠、高效的运行。
以上所述的,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:包括一侧开口的不锈钢接线箱,所述的不锈钢接线箱内安装底板,所述的底板上安装电源,所述的电源的一侧连接采集卡,所述的采集卡的一侧安装4G网络数据传输块;所述的电源的另一侧连接第一空气开关;所述的电源的下部还设置第一线槽,所述的第一线槽上设置一组或多组端子排,所述的端子排的一侧安装放大器,所述的放大器的一侧安装继电器,所述的继电器的一侧连接第二空气开关;所述的不锈钢接线箱一侧铰接上盖,所述的上盖中部安装显示器,所述的不锈钢接线箱侧壁上相对端子排的一侧还设置一组或多组穿线格兰。
2.根据权利要求1所述的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:所述的端子排的上部还设置电流互感器,所述的电流互感器固定安装在底板上。
3.根据权利要求1所述的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:所述的端子排的两端分别通过固定端固定。
4.根据权利要求1所述的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:所述的穿线格兰上均套设堵头。
5.根据权利要求1所述的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:所述的底板上部四周均设置第二线槽。
6.根据权利要求1所述的一种透平机组转动部件轴电压电流监测装置,其特征在于:所述的第一线槽的上部平行设置第三线槽。
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