1、小浪底电厂水轮机气蚀监测系统摘要：小浪底电站气蚀检测系统由 VOITH 公司提供，本文着重介绍了小浪底电站气蚀检测系统的结构、配置、功能和特点。 关键词：小浪底、气蚀、监视仪、应用1. 概述水轮机在运行中，由于水流在导叶和蜗壳出口处的流速比较大，压力随流速的增大而降低容易产生局部真空现象。同时伴随有强烈的振动波，冲击相遇的设备和部件，致使零部件局部被汽流击蚀而损坏。这种现象就称为“气蚀现象” 。水轮机在运行中之所以会出现气蚀现象，一方面可能是因设计制造不妥而引起，如叶型不准、选材不当等；另一方面则可能是运行工况长期偏离设计要求，如在低水头、低负荷等情况下长期运行均可能造成气蚀。其后果导致水轮机
2、运行效率降低、振动加剧、甚至局部断裂、危及机组安全运行。为此，在运行中应注意机组运行特性、改善运行条件，适当地调整机组出力，以减小气蚀现象。那么在机组运行时监视“气蚀现象”就尤为重要。这就需要我们有一整套完整的设备，准确监视“气蚀现象” ，及早发现气蚀程度，当运行中设备已被局部气蚀，应及早予以修补或更换，以确保机组安全运行。小浪底电厂气蚀检测系统安装于 3#机组发电机层的水机保护屏内，与水机保护共用一块屏。2配置说明21 气蚀监视仪211 介绍 在水轮机运行过程中，为了经常检查气蚀的详细情况，气泡爆炸的液体中声音的传播可以被安装在表面的声音检测装置所收到。这些声音的频率在 300-600KHZ
3、 范围内。声音检测装置进一步把测量的信号送到气蚀监视仪，用以显示各种信号。AEM（气蚀监视仪）的特点：1） 频率范围从 1KHZ 到 1MHZ；2） 参数化高通滤波；3） 3 个数字显示仪；4） 信号超出范围有报警显示；5） 对 RMS（True RMS-to-DC Converter）和 E/S(Frequency-to-Voltage Converter)输出为 0-10V，0-20MA 和 4-20MA；6） 如果 E/S 信号超过预先设定值，输出继电器动作；7） 箱体的地和信号的地是分开的。2多路信号传输分配器多路信号传输分配器是使用时间分隔多路传输的方法，分隔时间可调整为0.5，1.
4、0，2.0，3.0，5.0 秒。可在多路信号传输分配器箱的面板上调整，操作员也可以通过6 个 ON/OFF 拨动式小开关选择所需要检查的通道。例如，如果选择 3.0 秒，每个数据在装置扫描到下一个通道前显示 3.0 秒，输出信号在 3.0 秒之后保持最后一个显示值，直到下一次扫描到来，数据重新更新。而输出信号直接送到每台机组的效率柜。AEM 允许声音检波器 Bruel & Kjaer 8312 或 8313 一起在线进行水轮机气蚀监视，并将测量结果送入自动控制系统。 3结构和功能及操作31 Acoustic Emission Monitor (AEM)技术描述312 启动或开始AEM 所使用的
5、电源是 24V/1A 的直流电源，通过电源变压器将交流 220V 变为直流24V，通过直流侧的小空气开关进行电源的投切。312 发光二极管（LCD）显示三个 LCD 电压计是 AEM 用于显示 RMS 和 E/S 信号电压值，也用于设定显示值的槛值或限制值。AEM 主要用于 RMS 和 E/S 信号显示功能，因此对于显示的稳定性，低通滤波器用于不同时间常数是可行的。而 DISPLAY DELAY 低通滤波器开关可以完成这种功能，当开关打到 OFF 位，低通滤波器断开，当开关打到 SHORT 位，低通滤波器短接，当开关打到LONG 位，低通滤波器选择长时间常数。DISPLAY LIGHT 开关用
6、于 LCD 显示的照明。DISPLAY TEST 按钮用于试验目的，如果按下此按钮所有显部分变得可见。（注意：DISPLAY TEST 按钮不能按着超过 3-4 秒，否则，DC 提供 LCD 可能导致显示屏损坏。 ）313 放大增益（GAIN）为了允许弱信号参与计算，AEM 配备有放大装置，放大器可以通过 GIAN 开关选择不同的档位，即选择不同的放大倍数，增益系数为 1、2、4、6、8 和 10。信号接入 LEMO时，直接连到放大器的输入端，而信号接入 BNC 时，额外增加一个前置放大器（增益系数=50） ，再接入放大器的输入端。314 高通滤波器（HPF）为了限制频率的范围，AEM 装有高
7、通滤波器，通过 HPF 开关限制 AEM 的低频输入。可以选择 HPF 为 1、10、20、 50、100、150、200、300、400 和 500，斜率为 40db/十进制。315 槛值电压（THRESHOLD）通过旋转电位计 THRESHOLD，槛值电压可以在 0-12V 之间精确调整，电位计电压值被调整可通过 LCD 电压表读取，应避免主输入信号超出，考虑 DC 值正比于频率的 E/S 模块显示，其中 5.00V 电压相当于 500KHZ 的频率值。316 限制电压（LIMIT）通过旋转电位计 LIMIT 限制电压可以在 0-12V 之间精确调整，当输入信号 E/S 达到LIMIT 限
8、制电压时，励磁继电器发出报警信号。E/S 信号是反复波动的，某一个滞后能被设定，继电器励磁和释放在设备的后面有一个旋钮（HYSTERESIS ）可以调整滞后量，用这个旋钮调整 0-50%的设定限制电压值的滞后。317 输入设备后面有两个输入插孔 LEMO 和 BNC，并且有一个输入选择开关，有三个可供选择的位置：LEMO、OFF、BNC。318 输出AEM 的所有输出信号都布置在装置的后面，信号 Pre、Amp 、Filt、Rms 、E/S 和Thr 6 个航空插头。以下信号可以通过 BNC 输出引出：输出 信号Pre 前置放大器输出（50）Amp 放大器输出（1-10）Filt 滤波器输出（
9、fu=1KHZ-500KHZ）Rms RMS 模块输出（0-10VDC）E/S E/S 模块输出（0-10VDC）Thr 调整电位计的槛值电压（0-12VDC）319 过载显示为了避免过载和数据失真，在每个阶段的前置放大器（Pre） 、放大器（Amp） 、高通滤波(Filt)、Rms 和 E/S 的输出电压通过比较器进行监视，一般允许10V，如果超出范围相应的 Overload 显示灯就亮。这就需要试着减小放大器的倍数，以减小输出电压值。4气蚀信号具体处理过程41 处理过程小浪底电厂气蚀测量传感器安装在尾水管进人门处，在旁边安装一个端子箱，内有前置放大器。将信号送到 3 号机气蚀柜内的多路气蚀
10、监控器，经过多路气蚀监控器的多路输出到气蚀监视器（AEM） ，经过气蚀监视器的处理，将 E/S 和 RMS（有效值）输出到多路气蚀监控器，再分路送至各机组效率柜。经过效率柜内 PLC 程序处理，将最终气蚀计算值送流量性能柜表计显示。42 效率柜程序内计算过程气蚀百分数= （X RMSK1）+ （Y E/SK2） / （K1+K2） K1 和 K2：重量系数XRMS：气蚀的 RMS 分量YE/S：气蚀的 E/S 分量5 结语此套气蚀监测系统已经投入运行，其方便、可靠的装置得到了广泛的应用，为小浪底电厂机组的安全稳定运行提供了保障。 探头 前置放大器 多路信号分配器AEM 多路信号分配器 效率柜 性能柜
