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机组状态监测系统技术文件 北京华科同安公司2.2 数据采集站2.2.1 数据采集站设备配置每台机组配数据采集站一个，数据采集站设备安装在一标准机柜内，标准机柜采用2260800600mm机柜。机柜内放置tn8000数据采集箱2台、15工业液晶触摸屏1个、共享器1个、光纤收发器1个、传感器电源模块1套、交直流逆变电源1套、端子及辅件等。振动摆度数据采集箱发电机气隙数据采集箱数据采集站设备配置清单如下：序号设 备 名 称规格型号生产厂家单位数量备 注1振动、摆度数据采集箱tn8001华科同安套12发电机气隙数据采集箱tn8002华科同安套13工业液晶显示屏g700abenq台14机柜内传感器电源及辅件tn8016华科同安套15光纤收发器100m单模国产套16共享器cs-9134台湾aten套17电力专用交直流逆变电源set220/220-1000setec台18盘柜2260800600国产个12.2.2 tn8000数据采集箱tn8000数据采集箱是数据采集站的核心设备，主要负责各种信号的采集、存储和数据处理，并进行实时监测和分析，同时对相关数据进行特征参数提取，得到机组状态数据，完成机组故障的预警、并将数据通过网络传至数据服务器，供进一步的状态监测分析和诊断。tn8000数据采集单元采用模块化结构，具有多重容错和抗干扰技术，采用先进的硬件设计和制造工艺，已有400多台应用在水电、火电机组上，具有高度的可靠性，已在工业现场得到长期实践考验。2.2.2.1 tn8001振动摆度数据采集箱根据测点配置情况，可确定tn8001振动摆度压力脉动数据采集箱的测量模块配置：键相模块1块（1通道/块）、摆度模块1块（4通道/块），振动模块1块（4通道/块）、模拟量输入模块2块（4路/块）、继电器输出模块1块（8路/块）、系统板与存储板各1块。通过tn8000数据采集箱的数据采集，系统可以得到不同工况下信号各频段范围内的准确可靠的实时数据，为后续分析和故障诊断提供可信的状态数据。tn8000振动摆度数据采集箱配置：备用模拟量输出模块继电器输出模块模拟量输入模块模拟量输入模块振动监测模块摆度监测模块键相模块系统板通讯模块存储板tn8001智能高速数采箱2.2.2.2 tn8000空气间隙数据采集箱tn8002空气间隙数据采集箱需要配置4块空气间隙测量模块（2通道/块）。为了监测相位及对应的磁极位置，系统还需引入一路键相信号（同步探头），故采集箱还需配置1块键相模块（1通道/块）。数采箱同时还需配置1块系统板、1块存储板、1块模拟量输出模块、1块继电器输出模块。数据采集箱还提供充足的备用通道，便于今后增加新测点。tn8000空气间隙数据采集箱配置：备用备用继电器输出模块空气间隙模块空气间隙模块空气间隙模块空气间隙模块键相模块系统板通讯模块存储板tn8002智能高速数采箱2.2.2.3 tn8000数据采集箱模块化结构特点tn8000数据采集箱采用标准的积木式模块化结构，可以热插拔。由框架、系统板和各种采集模块组成。每个tn8000智能数据采集箱所需的数据采集板的类型和数量可根据现场传感器的数量、信号类型进行灵活配置。智能数据采集箱中各模块均可独立工作，其中某一通道或某一模块的故障不会影响其他通道或其他模块正常工作。某一模块发生故障时用户仅需自行用备用模块更换即可。采集箱内提供导轨以便于插拔，模块安装后可用紧固螺钉锁紧以防止误插拔。具有安装、维护、更换方便、可靠性好的特点。各采集模块前面板每个通道均具有通道ok指示灯，通道正常工作时指示灯为绿色，当某一通道或某一采集模块出现故障时，对应ok指示灯就会熄灭。2.2.2.4 tn8000数据采集箱采集模块tn8000智能数据采集箱可以提供多种采集模块： 摆度监测模块用于采集各种摆度信号； 振动监测模块用于采集各种振动信号； 模拟量输入模块用于采集压力、压力脉动和工况信号； 键相模块用于采集键相/转速信号； 空气间隙模块用于采集空气间隙信号； 继电器输出模块用于输出报警信号或保护动作信号； 系统板用于协调各采集模块工作，并提供串行通讯接口和以态网络接口，与外部设备进行通讯； 存储模块用于存储数据采集箱有关程序和部分机组状态数据。2.2.2.5 tn8000硬件技术特点模块化结构，系统扩展、安装、维护方便，可靠性高。基于计算机中断技术、dma技术、fifo技术及最新模拟数字电子技术开发的硬件系统，保证了数据采集的实时性、准确性和可靠性。整周期控制电路采用新颖的自适应锁相环技术，避免了在信号分析中的泄漏效应和栅栏效应。采集电路采用了先进的自动跟踪抗混滤波器和自适应放大电路，减少了混叠误差和量化误差，保证了采样精度。键相采集板采用了阀值电平自动跟踪电路，克服了必须经常调整阀值电平的麻烦，提高了系统的可靠性。采用多重容错、自诊断和抗干扰技术，保证系统安全可靠。对机组的振动、摆度、压力脉动、发电机空气间隙信号进行同步整周期采样，确保采集数据的实时、同步和完整。一次采样32个周期，确保能够捕捉水轮机组特有的低频随机信号。采样频率可通过设置软件进行设备，可满足现场的不同需要。 采用多种硬件故障检查手段，包括上电自检、周期自检和用户启动自检。各采集模块均提供通道ok指示灯和采集板正常工作指示灯，当某一通道或某一采集模块出现故障时，对应ok指示灯就会熄灭，同时在显示器画面上就会出现硬件故障报警指示。 硬件稳定性：存储单元采用电子盘存储，没有硬盘和风扇等易损部件，可保证系统稳定可靠运行，并具有较高的抗震能力。 硬件独立性：数据采集单元及各采集模块均可独立运行，用户进行的数据监测与分析不会影响采集单元的正常运行。2.3 上位机设备及其它外设湖北汉江兴隆电站4台机组状态监测系统共用一套上位机系统。每套上位机系统包括服务器及相关网络设备。上位机系统需配置以下设备：序号设备名称数量单位备注1状态数据服务器1套2web服务器1套3硬件防火墙1套4工业以太网交换机1个5光纤收发器个42.3.1 状态数据服务器状态数据服务器用于存储和管理从各数据采集箱传送过来的机组实时状态数据、历史状态数据及各特征数据，并能根据相关数据进行自动分析和诊断。它同时也可以接收其他数据采集系统的数据，具有很好的扩展性和兼容性。与gps的通讯也由状态数据服务器负责。状态数据服务器也可供现场工程师进行相关系统设置和监测分析工作。由于全厂所监测机组的所有状态数据均需存储在状态数据服务器中，因此状态数据服务器应该选用高性能大容量的服务器。根据我公司的多年应用经验，ibm服务器具有较高的可靠性，本方案推荐采用目前主流的ibm xseries 服务器。具体配置不低于：主机：cpu：四核intel xeon processor 42.0ghz处理器，64位，1333mhz前端总线，8 m二级高速缓存。内存容量：1024mb4，400mhz，容量可扩展至16g。硬盘存储器：250g4，磁盘阵列 以太网接口：10/100/1000m以太网接口可读写光驱：52xr/48xw/24xe 。电压等级：220vac键盘：标准ascii键盘操作系统：符合开放系统标准的实时多任务多用户成熟安全的操作系统。网络支持：快速以太网ieee 802.3 u，tcp/ip或类似的最新的网络支持，100mb以太网。i/o端口：usb2.0 端口、打印口、串口2路（可根据需要扩展）显示器：17彩色tft，其中x射线辐射满足国际安全标准，具有抗电磁干扰能力2.3.2 web服务器web服务器负责状态监测系统与mis系统的通讯，同时还需存储与状态数据服务器同样的数据。通过web服务器，状态监测系统可从mis系统中获取数据，同时又可将本系统的数据发送给mis系统，并能在mis系统中进行数据浏览和查询。web服务器推荐采用ibm的x3200服务器，具体配置不低于：主机：cpu：双核intel p4 3.0ghz处理器，64位，8000mhz前端总线，2m二级高速缓存。内存容量：1gb2，400mhz，容量可扩展至16g。硬盘存储器：160g sata以太网接口：10/100/1000m以太网接口电压等级：220vac键盘：标准ascii键盘操作系统：符合开放系统标准的实时多任务多用户成熟安全的操作系统。网络支持：快速以太网ieee 802.3 u，tcp/ip或类似的最新的网络支持，100mb以太网。i/o端口：usb2.0 端口、打印口、串口显示器：benq 17彩色tft，其中x射线辐射满足国际安全标准，具有抗电磁干扰能力。2.3.3 网络设备根据系统图和现场设备安装位置，系统需要配置以下网络设备： 硬件防火墙: 思科pix560，数量1个 交换机:sf1008v，8口,数量1个 光纤收发器:100m单模光纤收发器，数量4对 光纤： 4芯单模光纤，每台机组暂定为300米2.3.4 时钟接收和时钟同步系统tn8000系统可利用电站统一配置的gps卫星接收系统。tn8000状态监测系统数据服务器可通过rs232/485串行通讯接口接收gps系统传送过来的时钟信号，也可通过硬接线方式接收gps系统的同步时钟脉冲空节点信号。数据服务器通过局域网定时对网络内的所有计算机进行时钟同步。3 系统功能tn8000系统具有强大的功能，主要有：3.1 振动摆度监测分析3.1.1 实时监测tn8000数据采集箱对机组的振动、摆度以及相关的过程量参数进行实时、并行、整周期采样，并进行相应的处理、计算和特征提取，在数据采集站液晶显示器、工程师站显示器以及网络所联的有关工作终端上以结构示意图、棒图、数据表格、曲线等形式实时动态显示所监测的数据和状态。界面丰富直观，机组信息和状态一目了然。系统在监测过程中，提供了多种报警功能：矢量靶区报警、频谱靶区报警、趋势报警等，可以根据机组实际运行状况对靶区分布进行优化，提供灵敏的靶区识别和报警，在各监测界面上实时提示报警状态。tn8000数据采集箱还配置了继电器输出模块，当振动摆度报警时可输出无源接点信号（越上限、越上上限）至电站计算机监控系统机组lcu ；tn8000数据采集箱可配置模拟量输出模块，可将所有监测的振动摆度值转成对应的420ma模拟量信号供电站计算机监控系统机组lcu使用。3.1.2 稳态数据分析tn8000系统提供多种分析手段，分析机组的稳态数据，以评价机组在稳态运行时的状态：趋势分析：分析监测量随时间的变化趋势；时域波形分析、频域分析、轴心轨迹图、多轴心轨迹图、空间轴线图、瀑布图、极坐标图、轴心位置图、振动棒图和数字显示等；3.1.3 过渡过程数据分析为分析和评价机组在启停机、甩负荷、变励磁、变负荷等过渡过程中的状态，tn8000系统提供了以下的分析手段：过渡过程波形和频谱变化分析；过渡过程轴心位置变化；多轴心轨迹：比较机组在过渡过程中轴心轨迹的变化；级联图：比较某一监测量在过渡过程中频率成分的变化；空间轴线图：分析过渡过程中主轴姿态的变化；相关性分析：分析监测量随过程量（转速、负荷、励磁等）的变化情况；伯德图、乃奎斯特图、起停机曲线等；图2 数值显示图1 主监视图图4 导轴承监测图3 棒 图图6 空间轴线分析图图5 监测参数数据列表图7 结构振动图8 功率瀑布图3.2 压力脉动监测分析tn8000系统监测过流部件的压力脉动，实时显示压力脉动的波形和频谱；分析压力脉动的频率成份以及压力脉动随工况的变化情况；分析各点压力脉动及其频域特性与导叶开度的关系。图9为洪家渡电站1号机在100米水头附近，出力为80105mw出现尾水涡带时尾水管锥管段压力脉动的波形及频谱。由图中可清晰的看到涡带的频率为1/4倍转频。图10为公伯峡水电站5号机在102米水头附近，顶盖下压力脉动在变负荷过程中的瀑布图。从上至下为从0至300mw各不同出力下的顶盖下压力脉动频谱，其中中段出现明显低频成份的部分为90140mw下的各谱线。从图中可清晰的看出尾水管涡带的产生区域和高频压力脉动产生区域。图10压力脉动瀑布图图9 压力脉动波形、频谱图（尾水管出现涡带时）3.3 发电机气隙监测分析tn8002数据采集箱通过对安装在发电机定子内壁的空气间隙传感器信号的采集处理，形成各种图谱，监控各磁极气隙变化趋势，分析判断异常情况或故障。通过气隙图实时监测最小气隙、最大气隙、平均气隙及其发生的准确角度和磁极号、转子不圆度和定子不圆度，给出转子中心和定子中心的偏心量和偏心角，并模拟磁极周向形貌，评价发电机的制造、安装和维修质量。通过趋势图、连续波形图、磁极形貌比较图，形成气隙变化趋势、气隙-工况相互关系曲线等, 分析开机过程、甩负荷、停机过程等工况下各参量及其所反映的发电机定子转子结构的变化过程，检验转子机械强度和定子热变形。通过相同工况下的磁极形貌图比较监测运行中气隙监测参数及磁极形貌变化，及时发现转子磁极伸长现象。通过分析气隙不均匀性规律，可辅助分析部分机组振动的异常原因。图12 气隙圆图图11 气隙布置图图13 气隙棒图图14 气隙波形图15转子磁极形貌图16气隙快速变化趋势图图17超速前后转子磁极形貌比较图图18超速前后转子磁极形貌叠加图3.4 水轮机及调速器运行状态监测分析tn8000系统可通过自行采集压力及脉动信号、机组工况参数和通过通讯获取机组相关参数，实时监测与分析水轮机与调速器运行状态。水力流道参数监测分析：通过对转轮前及尾水管进口压力及脉动信号的监测分析，通过对脉动频率及对应幅值的分析，可分析振动与水压脉动相关的原因。图19为三峡左岸电站#10机在有功541mw时顶盖振动波形与频谱，图中可看出顶盖的垂直振动为158mm，超过了二级报警值。利用振动频谱分析可知，垂直振动主要为4.56倍频，幅值达到了58mm。再观察此时尾水管压力脉动波形及频谱图（图20），发现其中含有4.56倍频成分，可以判断顶盖的垂直振动主要是由尾水管高频压力脉动引起的。再比较顶盖振动不大时顶盖振动频谱中不存在4.56倍频附近成份，尾水管压力脉动也不存在该频率，更进一步证明了顶盖振动大产生的原因是由于尾水管高频压力脉动引起的。图20 #10机尾水管压力脉动波形和频谱图19 #10机顶盖振动波形和频谱导叶/桨叶控制状态监测：通过采集导叶/桨叶开度和机组转速，结合机组相关运行工况，通过分析开机、停机及甩负荷过程各相关量之间的过渡曲线，发现调速器故障，在线识别调速过程时间、转速波动次数、导叶关闭规律及压力脉动变化特性，评价调速系统的性能状态。图21为十三陵蓄能电站#3机组作100甩负荷试验时转速、导叶开度及压力变化情况，从图中可见甩负荷特性符合要求。协联关系监测：通过采集导叶/桨叶开度、水头，监测各水头下导叶和桨叶协联关系曲线，分析其特性是否满足协联关系。通过检测各压力脉动及相关振动，判别协联关系的优化程度，为优化协联关系和躲避不稳定负荷区运行提供依据。图22为大化水电厂26米水头下导叶和桨叶协联关系曲线。图21 甩负荷过程调速系统参数变化曲线图22 导叶和桨叶协联关系曲线3.5 基于工况的报警和预警功能 系统报警是一般监测系统都具有的功能，即当测量得到的参数超过设定限值后发出报警信号。由于水轮发电机组的运行工况比较复杂，不同工况下各参数变化很大，用一个限值来判断是否报警显然欠妥，容易产生误报警和漏报警。本系统将根据水轮发电机组的实际运行工况，根据水头、负荷、导叶开度等工况将机组运行状态分成不同工况，各工况单独设定报警值，为机组提供准确的报警信息。预警是指状态监测系统根据监测到的有关参数的变化，在报警之前提前发现机组缺陷或故障，给出预警提示。本系统将采用趋势预警和样本预警技术，趋势预警指当某一参数在同一工况下变化趋势大于设定值后发出预警提示，样本预警技术采用海量数据比较技术，将当前数据与该工况下样本数据进行比较，发现异常发出预警提示。实时数据库对应工况越限报警监视对应工况靶图报警监视对应工况趋势预警监视报警平台通道报警处理意见故障诊断监控系统相关管理人员状态报表监视tn8000系统报警和预警平台基于工况的报警和预警技术可充分满足水轮发电机组运行工况变化频繁的特点，可以有效实现机组异常现象的早期预警提示和故障报警。tn8000系统自动建立机组在各个运行工况（不同水头和负荷）下的标准样本频谱图和矢量图，在通常的一级报警和二级报警的基础上增加了灵敏的频谱靶图报警和矢量靶图报警，可以及时发现故障的前期征兆。tn8000提供实时的机组报警信息一览表，从中可方便浏览到机组的报警信息。所有报警和预警信息都可以通过系统提供的空接点输出信号发送给其它系统。3.6 数据管理和事故追忆 数据记录存储策略对状态监测系统而言，数据存储和管理策略是需解决的核心技术。状态监测系统数据管理通常采用oracle、sql server等关系型数据库来进行管理，但由于这些关系型数据库设计重点在于解决并发查询性能上，且数据不经任何压缩手段，因此用于存储状态监测系统的大容量数据将会导致数据库可靠性降低、数据读取、存储速度较慢及数据存储量较少。实时数据库适合工业现场拥有大量测点，实时性存储要求较高场合，因而适用于状态监测数据的存储管理，本系统针对逻辑数据库和进口实时数据库的优点，自主开发了具有高效压缩比的tn8000real实时数据库，适用于水电机组状态监测和分析系统的大容量数据存储和管理。tn8000系统提供强大和完备的数据库管理功能,可存储所有参数的原始数据、特征数据及样本数据。由于tn8000系统采用的实时数据库具有高效的数据压缩技术，可以长期存储机组稳态、过渡过程数据及高密度录波数据，提供黑匣子记录功能，可以毫秒级速度记录机组出现异常信息前后的完整数据，确保机组发生事故时能提供完整、详尽的数据供分析诊断。 数据库记录容量指标tn8000系统可根据机组运行状态的变化形成不同的数据库：实时数据库、历史数据库、异常数据库、黑匣子数据库、过渡过程数据库、样本数据库和试验数据库。实时数据库存储机组当前的所有数据，包括特征数据和原始数据。历史数据库用来存储机组正常运行的数据，供用户分析机组长期运行后机组的状态变化。由于采用了高效压缩技术，使得历史数据库可保留最近2个月内的所有原始数据以及最近4年内经过压缩的原始数据，存储间隔为不间断存储，可最大限度地保证机组所有历史信息不丢失。上述历史数据的保存时间还可以根据现地服务器的硬盘容量和机组运行特性进行定制。黑匣子数据库记录最新1000次事故前后的详细原始数据和特征数据，存储间隔为不间断存储，存储时间为事件发生前后30分钟数据。另外，在历史数据库中用户还可以找到一个月内所有异常数据的连续记录，从而可以分析更长时间段内事故数据的变化规律。过渡过程数据库存储机组在开停机过程、变负荷/甩负荷过程、系统波动过程和励磁试验过程中的所有原始数据和特征数据，系统可连续高密度采集过渡过程数据，并可进行回放和分析。样本数据库用于存储机组大修前后的原始数据和特征数据、机组发生典型故障前后的原始数据和特征数据、在不同工况下机组正常运行时的标准原始数据和特征数据，供机组状态评估和故障诊断使用。系统试验数据库用于永久存储系统各种试验数据。 事故追忆功能tn8000提供的黑匣子数据库可记录事故前后30分钟的连续快速录波数据，数据库可存储最新1000次事故的数据。另外，在历史数据库中用户还可以找到一个月内所有数据的连续记录，从而可以分析更长时间段内事故数据的变化规律。 数据传输可靠性策略tn8000系统的数据传输采用基于tcp/ip的socket点对点协议传输方式，传送数据采用二进制数据方式，具有较高可靠性，同时每条发送记录均带有校验码，可确保数据不失真。客户端监测、分析和诊断所需数据均通过中间件技术方式获取，不需直接与数据库连接，解决了多用户同时访问服务器造成的系统功效下降的问题，大大改善了用户端程序的响应特性，且由于中间件程序具有特征数据提取和数据压缩功能，在网络上传递的只是客户端程序需要的特征数据，因而可以大大降低网络上状态监测数据量，提高客户端程序的响应速度，增加数据传输可靠性。 数据记录稀疏策略由于实时数据库的高效压缩技术，系统配置的硬盘空间可保证机组最近4年的所有运行信息都可以存储，因此本系统数据库存储不需采用稀疏策略，超过4年的数据将会被覆盖，对4年前需要的数据用户可利用系统提供的数据备份软件进行备份。 数据备份方法系统提供专用的数据库备份功能，可对整个数据库或用户所检索到的数据进行备份，并提供备份数据回放功能。 用户数据检索功能tn8000系统提供了完备的数据检索功能对上述数据库进行检索。对于历史数据库，用户可通过输入检索工况（时间、水头、负荷等）选择所需分析的数据。对于事件数据或试验数据，用户可通过事件清单列表或试验列表来选择对应的数据。由于实时数据库具有快速大容量数据读取功能，因此通过检索用户可迅速得到满足条件的数据。3.7 故障诊断专家系统tn8000系统提供了一套针对水轮发电机组的运行状态进行分析诊断的专家系统，能对水轮机、发电机和主变等多设备进行故障诊断。该系统是在总结了华北电科院几十年了来在水轮机、发电机、变压器等设备故障的研究和现场经验的基础上，结合了清华大学流体机械与工程研究所（原水轮机教研室）、各大电机制造厂及部分水机专家长期以来在水电机组故障诊断方面的研究成果，开发研制的。当机组发生预警报警时，系统自动调用故障诊断系统进行诊断，并形成故障诊断分析报告。对水轮机组的故障诊断来说，除了要建立一套先进完备的诊断模型外，更重要的是要建立一套有针对性的故障诊断知识库。我们提供的故障诊断知识库融合了iso、iec、gb等国内外有关水轮发电机组性能指标评价标准，同时，我们还将把电站主设备供货厂商在合同中提供的性能保证值融入我们的故障诊断知识库中，我们将充分发挥项目组成员长期来从事水轮机组研究的理论知识和实践经验，广泛吸收国内外专家的智慧和经验，特别是电站实际运行的宝贵经验，建立一套适合机组特点的故障诊断知识库，为机组状态检修创造条件。我们将根据机组安装和实际运行的情况，以及各种针对机组性能的试验结果，不断补充和完善我们的知识库。tn8000系统故障诊断专家系统知识库涵盖下列故障：发电机质量不平衡；磁拉力不平衡；水力不平衡；压力脉动过大；大轴弯曲或不对中；支撑部件松动或刚度不足；导轴承间隙调整不当；导轴承轴瓦磨损；导轴承润滑不良；转动部件摩擦；导水部件故障；协联关系调整不良；发电机三相电流不平衡等故障。专家系由实时数据库、诊断知识库、推理机和知识库编辑系统组成，通过推理机结合实时数据库和诊断知识库对机器状态进行评价（该不该修的技术决策依据），对故障原因进行诊断（针对性维修的技术依据）。实时数据库：tn8000系统自动形成各种数据库，数据存储完备，管理有序，查询便捷，确保进行分析诊断时数据的完备、正确和特征信息不丢失。数据库包括：特征数据库、历史数据库、起停机数据库、变负荷数据库、事件数据库、样本数据库等等，并且方便地根据需要进行各种查询和检索。诊断知识库：tn8000诊断知识库是华科同安公司技术人员历经多年提炼开发完成的，它融合了华北电力科学研究院几十年来从事机组现场故障处理的经验，更有清华大学长期从事水轮机组设计、试验、测试、研究的成果，还吸取了国内众多水电单位和专家的智慧和经验，同时还吸纳了有关的标准、规程和导则。tn8000故障诊断知识库具有良好的开放性，将来电站在长期的运行中可以不断结合自己积累的经验，对知识库进行扩充、修改、更新，以增强专家系统诊断的正确性，为状态检修服务。推理机：tn8000推理机模块采用正反向混合推理机制，依据机组的实时特征数据、历史特征数据以及机组运行工况，对机组出现异常的原因进行推理判断，给出诊断结果和推理解释，形成诊断分析报告，为机组故障处理提供帮助。系统能对所用到的知识和运行情况根据不同的推理机制，向用户作不同的通俗易懂的解释。诊断结论解释做到直观，明确，有根有据。对应诊断结论，给出：事实证据；适用规则和模型；故障发生机理。tn8000专家系统还具有知识库编辑管理维护功能。综上所述，本系统提供的故障诊断专家系统，强化知识的集成和故障的自动诊断。专家系统模型先进合理，知识获取方法得当，措施保障有力，具有很强的针对性和实用性。3.8 性能评估与性能试验利用系统长期自动积累的机组不同工况下数据和系统试验数据，通过系统提供的各种分析工具，可以动态评估机组的动、稳态性能；利用多维相关趋势分析功能可生成机组稳定性参数和转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压之间的相互关系性能曲线，为了解机组特性和查找故障原因提供直接依据。通过各性能曲线可掌握机组不稳定运行工况区和特殊振动区，指导机组优化运行。本系统可以自动或通过人工辅助完成各种现场试验，如机组稳定性试验（变转速试验、变励磁试验、变负荷试验）、机组启停机试验（机组启机过程、停机过程）、过渡过程试验（扰动试验、超速试验、甩负荷试验）、相对效率试验、水头试验、动平衡试验、电磁不平衡试验、发电机惰性停机测试、盘车轴线测量等。通过tn8000系统提供性能曲线自动生成工具，用户不需复杂的操作即可获得机组各种动稳态性能的试验报告和特性曲线： 机架振动、摆度、压力脉动随负荷瀑布图； 机架振动、摆度、压力脉动连续波形分析图； 机架振动、摆度、压力脉动、效率随负荷变化曲线； 机架振动、摆度、压力脉动随转速变化曲线； 机架振动、摆度、压力脉动、效率随水头变化曲线； 机架振动、摆度随励磁电流变化曲线； 有功、流量、效率随导叶开度变化曲线； 流量、效率、耗水率随负荷变化曲线 瓦温、油温变化曲线。甩负荷过程性能分析甩负荷过程振动、摆度、压力脉动变化过程；接力器行程关闭规律；机组开机过程与惰性停机过程转速变化特性；机组扰动试验负荷、导叶开度、振动、摆度、压力脉动变化过程；三维特性曲面。tn8000系统的上述性能评估功能在各个电站的启动试验、大修前后试验及试运行过程中发挥了重要的作用，也必将能够为本项目机组各种试验和性能评估发挥更大的作用。3.9 运行支持系统运行支持系统主要是针对电厂运行人员需要开发的综合平台，该平台可以辅助运行人员快速掌握机组运行状态、及时处理异常信息、优化机组运行。tn8000运行支持系统由报警平台、事件处理、优化运行和运行工况统计组成。 3.9.1实时报警信息系统通过实时状态报告和实时趋势图简单明了地显示机组各部件的当前运行状态及其变化趋势，运行人员无需复杂操作即可及时掌握机组运行状态。3.9.2 事件处理平台本系统可及时捕获机组的任何异常信息，并以醒目方式提醒运行人员，同时自动启动故障诊断系统进行诊断，给出初步诊断结果。机组出现异常信息时，运行人员通过事件处理平台可及时了解相应的报警信息及辅助处理意见，及时处理和排除机组缺陷，避免故障恶化。3.9.3 优化运行tn8000系统通过一定时间的数据积累，自动统计各个工况下的参数，并根据这些参数生成实际运行的运转特性曲线图，明确不稳定运行工况区和特殊振动区，从而指导机组尽可能避开危险工况区实际优化运行，系统在运行过程中，通过对机组运行数据的分析，随时警示机组是否在危险工况点运行，提醒运行人员通过调整负荷来避开危险点等措施，保障机组寿命。3.9.4 运行工况统计与累计运行时间系统可自动统计某一时间段内的机组运行工况点、各工况累计运行时间和开停机次数，并可自动生成运行报表。3.10 检修支持系统检修支持系统主要是针对电厂检修人员需要开发的综合平台。利用该系统可定期评价机组各部件运行状态；根据分析结果指导机组检修；对比机组检修前后的历史数据，可以直观评价检修效果；通过检修后的各种机组常规试验数据，综合评价检修后机组各部件特性。当某部件出现异常现象时，利用系统提供的各种专家级分析工具，可以辅助分析异常原因，指导检修。3.10.1 检修评价与量化分析利用检修后系统自动采集的数据或试验数据，系统可以综合评价检修后导轴承轴瓦安装间隙是否适当、协联关系状态、水力部件状态、水轮机和发电机动平衡状态、电磁拉力不平衡状态、辅助系统运行状态等，并提供检修指导意见。对比机组检修前后的历史数据，可以直观评价检修效果。对常见故障tn8000将对其进行量化分析，定量给出其对机组稳定运行的影响，为检修提供可靠依据，为实现状态监测打下基础。tn8000系统量化分析工具将以直观的界面进行显示，并可自动形成诊断报告，以word方式进行存储。针对现场最常见的机组质量不平衡、电磁拉力不平衡等故障制定了专门的分析报告。 机组质量不平衡量化分析机组在开停机过程中振动摆度转频成分的变化主要是由于机组质量不平衡引起的，因此利用开停机过程数据，可以量化分析机组质量不平衡对稳定性的影响。tn8000系统可自动判断机组开停机状态，并将开停机过程数据存储到开停机数据库中。tn8000系统质量不平衡量化分析工具可自动选取开停机数据，计算质量不平衡对机组稳定性参数的影响，提供还提供了一套基于影响系数的综合动平衡方法，自动计算配置方位和配重量。利用tn8000系统动平衡软件，一次配重就可以取得显著的配重效果。利用系统提供的状态报告功能，还可方便形成质量不平衡分析报告。 磁拉力不平衡量化分析机组从开始加励磁到并网之前的变励磁过程的稳定性数据转频成分的变化主要是由于磁拉力不平衡引起的，因此利用变励磁过程数据，可以量化分析磁拉力不平衡对稳定性的影响。tn8000系统通过监测机组励磁电流、有功功率、励磁开关和发电机出口开关的状态变化自动判断变励磁过程，并将变励磁过程数据存储到变励磁数据库中。tn8000系统磁拉力不平衡量化分析工具可自动选取变励磁数据，计算磁拉力不平衡对机组稳定性参数的影响。利用系统提供的状态报告功能，还可方便形成磁拉力不平衡分析报告。 盘车效果评价和轴线状态量化分析机组在停机过程中的低速运行时的轴线状态不受励磁、水力和质量不平衡的影响，基本上反映大轴的原始盘车状况和轴线状态。因此通过对机组停机过程中低速运行的数据进行特征提取，即可模拟机组的盘车效果，获取各导轴承盘车值，同时可计算获取大轴弯曲度和弯曲相位。3.10.2 定期状态评价与故障巡检在机组正常运行过程中，tn8000系统通过积累的各工况历史数据和样本数据，自动判断机组运行状态变化，并提供专用的故障巡检工具，辅助检修人员及时发现机组异常状态。tn8000系统可通过长期获取的数据，综合判断机组状态变化，分析弹性油箱下沉、瓦隙松动、磁极伸长、定子线棒松动、定子铁芯松动等缓变故障。 稳定性状态异常巡检tn8000系统通过比较不同时间段内全负荷段稳定性数据随负荷变化和同一负荷下稳定性数据随时间变化趋势，分析机组在某一时间段内的状态变化。 导轴承轴瓦松动故障巡检利用机组在正常运行过程中同一工况下各摆度传感器获取的平均位置信号的变化，可监测机组大轴在导轴承中的位置变化，该位置变化通常反映了轴瓦状态的变化。3.10.3 故障分析诊断当某部件出现异常现象时，利用tn8000系统提供的各种专家级分析工具，系统可以自动诊断各种常见故障，辅助检修人员分析诊断疑难故障，指导检修。3.11 状态报告自动制作状态报告是华科同安公司最早提出的实用分析工具，其主要目的是便于用户方便地了解和掌握机组的运行状态，充分利用本系统。tn8000系统全面支持状态报告的自动制作，全面提供反映机组动稳态特性和机组各部件运行状态变化，用户无需繁琐的操作即可得到完整的报告,所有报告采用与excel、word等标准处理程序兼容的文件格式存储。状态报告的格式及内容将根据水电站机组特点由双方研讨确定。tn8000状态报告包括实时状态报告、定期状态报告、机组特性报告、检修评价报告及事件分析报告。tn8000系统的上述监测与分析报告均可方便转换成用户所需要的报告形式。实时状态报告：tn8000系统可以自动地对所监测到的机组稳定性参数、发电机参数及环境参数，进行特征提取，并以简单明了的形式将其进行显示。用实时状态报告，运行人员就可以方便地了解机组各部件的运行状态及其异常信息。图54、图55为实时报告部分内容格式。定期状态报告：包括日状态报告、周状态报告、月状态报告、年状态报告、任意时段状态报告和定期故障巡检报告。这些报告对相应时间段内各种工况进行统计，累计机组在不同工况下的运行时间，比较不同时间段各特征参数变化规律，为及早发现故障提供依据。利用定期状态报告,可以对一些特定故障如弹性油箱漏油、瓦隙松动、转子磁极伸长等定期巡检故障进行定期检查和跟踪比较，及时发现机组故障。机组特性报告：tn8000系统可以利用系统自动积累的各工况数据或机组试验数据，自动生成放映机组动稳态特性的相关特性报告，包括甩负荷试验报告、稳定性试验报告、启停机分析报告、能量效率特性报告、水头试验报告。事件分析报告：通过tn8000系统完善的基于工况的报警和预警机制，机组运行状态发生的任何异常变化，都会被敏锐地捕获，并以各种方式迅速通知相关人员。tn8000系统根据事件前后的数据，自动利用各种分析工具对相关数据进行分析，结合系统的诊断知识库进行诊断，自动形成相应事件的事件分析报告。对应每一种事件，系统都预先订制好相应的报告内容、格式及发生该事件的可能原因、分析方法及处理意见，当该事件发生时，系统自动按该格式生成事件分析报告及分析结论。检修评价报告：利用机组检修后系统自动采集的各工况数据，通过系统提供的量化工具，用户可以对机组检修效果进行综合评价，利用系统提供的状态报告生成工具，可以方便形成评价机组检修质量的状态报告，如主轴静态弯曲报告、盘车轴线校验报告、质量不平衡分析报告、磁拉力不平衡分析报告、导轴承状态分析报告等。3.12 远程分析与诊断tn8000系统可方便地利用电厂局域网构建厂级机组状态监测网。设备管理工程师在网络可及的范围内，即可方便地实现机组的在线监测分析和诊断，随时掌握机组的状态，使其状态监测工作更加有效。用户可以通过web浏览方式对机组状态进行监测和分析。北京华科同安公司建有“机组远程诊断中心”，现场安装了tn8000水电机组状态监测分析系统的水电站，只要tn8000系统配置的web服务器具备了连接internet图69 北京华科同安机组远程诊断中心网的条件，就可以方便地联入北京华科同安公司的机组远程诊断中心，实现机组的远程监测分析和诊断，及时得到有关专家的技术支持。中心拥有北京华科同安公司、清华大学、华北电科院技术人员和我们聘请的领域专家共同组成的专家组，可免费为用户提供及时周到的机组咨询服务。我公司已开发出国内机组振动监测领域领先的利用internet网的远程监测技术。tn8000系统可以通过web服务器与internet网络联接，经过授权的远程客户只需登陆指定网址就可实时快速的浏览机组的运行数据，而不会影响在线系统的安全运行。利于该项技术，经授权的用户即使离开了电厂局域网，乃至出差至全国各地，只要能上internet网，就能随时随地直接监视机组的运行状态。我们的网络有专人维护，具有很高的可靠性和安全性，没有经过授权的用户无法看到机组的数据，不同级别的用户可以浏览到的数据量也是不一样的。现场的数采箱及上位机系统可以由我公司专业人员通过网络远程监控与维护，如果现场设备有问题，则可及时检测到并做出及时的处理，以保证现场设备能够安全稳定的运行。通过我公司开发的基于internet网的远程监测技术，终端用户不需访问电厂局域网即可实现远程监测与分析，可确保厂内局域网的安全。3.13 web化方式监测tn8000系统提供了功能完善的web服务程序，对系统的所有功能模块均进行了web化。电厂局域网上的终端用户无需安装任何软件，就能以web方式浏览实时监测机组运行状态，对机组进行分析诊断。登陆用户可以方便地对机组当前和历史运行状态进行监测和分析。web服务程序运行在web服务器上，它根据用户的请求，到状态数据服务器中取出数据并将数据传送到web客户端。在网络上的客户端只要安装有ie5.0以上版本的浏览器就能够登录到网站并正确浏览网页。为保证tn8000系统网络免遭非授权访问，tn8000系统提供了完善的授权管理功能，只有经过授权的用户才可以登陆到tn8000系统的网站，对机组运行状态进行监测分析。tn8000系统的web服务程序已在三峡水力发电厂、北京十三陵蓄能电厂、贵州东风水电厂、贵州洪家渡水电厂等电厂得到成功应用。实践证明，由于tn8000系统进行了web化，大大方便了用户，设备管理工程师在网络可及的范围内可以随时随地查看机组状况，也大大扩大了电厂使用该系统的人群，从而使tn8000系统的作用得到充分发挥。3.14 系统管理tn8000系统的提供了完善的系统管理功能，包括： 监测系统的网络状态； 监测系统各计算机的运行状态； 监测系统各软件的运行状态； 初始化整个系统； 机组相关参数设置； 传感器相关参数设置； 报警值设置； 权限设置：系统提供灵活的权限控制功能，可以设置多个用户，并为每个用户分配不同的权限。3.15 数据通讯tn8000系统可方便地与电厂计算机系统（scada、mis）、智能仪表进行通讯，实现数据共享，满足电厂日益增长的不同系统之间交换信息共享数据的需要。系统通过网络隔离器与mis系统连接，既满足了用户通过mis网对机组状态进行监测、分析和诊断的需要，也可保证状态监测系统的安全。系统可通过串口与电站相量监测装置进行通信，获取相关监测参数。系统的通讯程序可以从监控系统中获取状态监测相关参量（如有功、励磁电流、瓦温等），同时也可以将系统的数据发送给监控系统。通讯方式采用串口通讯或以太网通讯，协议采用modbus或tcp/ip协议。3.16 其他功能tn8000系统提供强大的预览、打印功能。用户可以根据需要，选取界面中的任意区域进行预览和打印；界面中的所有表格均可以以报表的形式进行预览和打印，表格中的数据可以以word、excel、网页、文本文件等方式保存到硬盘中；系统具备了完善的在线帮助功能，在任何一个界面上，用户只要按f1键即可获得所需的帮助。帮助的内容除了软件操作指南外，还包含了状态监测系统领域的相关知识。系统提供完备的在线自诊断功能，可以对系统传感器工作状态、采集模块运行状态、数据采集单元运行状态、与监控系统通讯状态、系统网络连接状态及各相关软件运行状态进行实时监测和自诊断。4 抗干扰措施水轮发电机组现场是一个有静电、高频和强磁场干扰的环境，为保证系统可靠稳定的运行和有关信号的准确采集，系统采用了多种抗干扰措施。为保证强干扰环境下信号的准确传输，所有电缆必须采用三芯或四芯屏蔽电缆，各屏蔽线必须在数据采集站端统一接地。系统模拟信号输入采用差分输入，具有很高的共模抑制比。系统数字信号输入和继电器输出均采用光电隔离器进行隔离。系统各采集模块均采用两级看门狗技术，保证系统不死机，采集模块的线路设计均采用了最新的接地技术，可大大减少空间干扰和噪声干扰。所有芯片选用经过严格筛选和测试的高集成度芯片。传感器支架与机组接触面之间采用绝缘处理技术，可防止机组表面电压和电流对测量元件造成干扰。电源噪声是造成信号失真的干扰源之一。本系统电源均由交直流逆变电源或ups提供，可降低电源噪声，同时各数据采集箱采用适用于恶劣环境下的线性低纹波工控机电源，另外，为减少采集模块之间的相互干扰，在各采集模块上单独配置一个dcdc模块，保证各模块之间的电源相互独立。机柜内各设备地均需统一接地。5 技术指标5.1 设计制造标准我公司在产品设计和生产过程中执行以下规范和标准dl/t556-94 水轮发电机组振动监测装置设置导则gb/t17189-2005水力机械振动和脉动现场测试规程