阀冷系统主循环泵切换过程振动数据采集方法研究

0引言

近年来,我国(特)高压直流输电工程技术迅速发展,换流阀作为直流工程的核心设备,发挥了至关重要的作用。换流阀冷却系统(以下简称“阀冷系统”)作为换流阀的核心辅助设备,其稳定可靠运行是换流阀正常运行的必要条件[1—2]。换流站冷却系统中的动力系统一般由两台主循环泵组成,这两台主循环泵互为备用,即两台主循环泵以非工作贮备模型的旁联模型提供安全保证[3]。两台主循环泵中的工作主循环泵发生故障时,控制装置将即时切换启动另一台非工作备用的主循环泵。除此之外,两台主循环泵仍然定期切换,转换工作状态和非工作备用的角色。主循环泵作为阀冷系统的动力来源,它的故障又是引发阀冷系统故障的首要原因。

在线监测装置是及时发现设备缺陷、防范阀冷系统主循环泵故障的重要手段。对于主循环泵系统,可用于监测和诊断的信息包括振动、温度、压力、电流等多种信号,其中振动信号能够迅速直接地反映设备的运行状态,振动信号分析也是主循环泵状态监测中使用最广泛的方法[4]。阀冷主泵在正常运行特别是切换过程中,其电机和水泵均会产生巨大的振动和噪声等冲击,这种巨大的冲击容易对主循环泵系统中电机和水泵的对中性等工作性能产生重要影响。目前,阀冷系统主循环泵在线监测诊断系统针对主循环泵正常运行与切换过程中产生的高能量振动信号并没有进行区分处理,而是统一采用主循环泵平稳运行过程的监测诊断模型对主循环泵进行性能评估,这种评估方法无法综合评估主循环泵在不同工况下的性能表现,也不能体现切泵过程对主循环泵的影响。

针对上述问题,本文通过对主循环泵切换过程中主泵的振动特性进行研究,提出了一种区分主循环泵切换与平稳运行过程的方法,通过该方法可以把主循环泵切换过程和平稳运行过程的振动数据进行区分采集,进而有效评估主循环泵在切换过程中的整体性能。

1主循环泵切泵过程的振动特征表现

主循环泵系统在切换过程中,一台泵的转速降低,负荷逐渐减小,另一台泵的转速上升,负荷逐渐变大,此后产生巨大的冲击,伴随巨大的声响[5]。以国内某个换流站阀冷系统主循环泵系统为研究对象,在主循环泵系统即将开始切换时,通过加速度传感器开始采集包含整个关停过程的P01主循环泵电机轴承(测点1)、泵端轴承的水平方向振动加速度信号(测点2),P02主循环泵电机轴承(测点3)、泵端轴承的水平方向振动加速度信号(测点4),得到信号时域幅值图,如图1、图2所示。

从图1和图2可以看出,主循环泵切换过程中存在着明显的冲击,其中关停主泵系统中水泵产生了较大冲击,启动主泵系统中电机产生了较大冲击。切换开始时,关停主泵系统(测点1)中,电机逐渐停掉,电机和水泵振动幅值在逐渐减小,启动主泵系统(测点3)中,电机逐渐启动,振动随着转速增加,振动幅值逐渐增大(最大值远比平稳运行的幅值要大),然后恢复平稳运行。在启动主泵系统中电机振动幅值增大到一定值后,关停主泵系统中电机、水泵和启动系统的水泵同时出现冲击,之后,启动主泵系统中电机的振动进一步急速增大到最大值(最大值远比平稳运行的幅值要大),出现一个滞后的冲击,然后迅速衰减,恢复平稳运行。

从上可以看出,阀冷主循环泵在切换过程中,其电机和水泵均会产生巨大的振动冲击,这种巨大的冲击容易对主循环泵系统中电机和水泵的对中性等工作性能产生重要影响。因此,对主循环泵切泵过程中的状态进行分析是主循环泵状态评价的重要部分,而主循环泵切泵过程中的振动加速度数据提取是主循环泵切换过程状态评价的关键,因此亟须一种有效的方法来解决这个问题。

2主循环泵切泵过程振动数据采集方法

2.1传感器测点布置

在阀冷系统主循环泵的关键位置布置电流传感器与振动加速度传感器,其中电流传感器安装在主循环泵系统三相电机单相的进线电缆上,振动传感器安装在主泵泵端轴承箱、电机输出端轴承箱处,如图3所示。

2.2采集原理

主循环泵切换过程振动数据采集方法主要通过一种采集系统实现。该数据采集系统由振动传感器、电流传感器、数据采集器、数据采集处理系统、数据库等五部分组成,具体如图4所示。

其中振动传感器用于采集主循环泵关键位置的振动加速度数据,电流传感器用于采集主循环泵电机的电流,数据采集器用来控制传感器的数据采样频率与组织采样数据的上传,本系统的数据采集器选用NI的9230数据采集器,采样频率为12.8 KHz,数据采集处理系统用于接收数据采集器上传的电流信号数据、振动信号数据,并且根据P01、P02电机电流传感器采集到的电流数据来判定主循环泵的运行状态,然后根据主循环泵的运行状态控制数据采集器相对应通道进行单次采样或连续采样,其中单次采样为8S进行一次采集,连续采样为按照12.8 KHz的采样频率进行不间断采样,即0.078 mS采样一次,并根据主循环泵的运行状态把振动加速度数据存入相对应的数据库中,然后代入相对应的性能评估模型进行主循环泵的性能评估。

2.3振动数据采集过程

如图5所示,在主循环泵实时监测过程中,P01、P02电流传感器将采集到的主循环泵电机电流通过数据采集器通道4、通道6分别上传到数据处理系统中,数据处理系统根据监测电流的变化来实时判断此时主循环泵的运行状态,若此时对两台主循环泵进行切泵,P01主循环泵开始停止、P02主循环泵开始运行,P01电流传感器采集到的电流信号则由额定电流逐渐减小为0,P02电流传感器采集到的电流信号由0逐渐增大到额定电流值,数据处理系统根据收到的电流值的变化对数据采集器的通道1、通道2、通道3、通道5分别发送连续采样指令,持续采集振动数据,并实时存入对应的数据库表中,直到电流传感器检测到P01主循环泵电流变为0、P02主循环泵电流达到额定值水平,数据处理系统分别对数据采集器的通道1、通道2、通道3、通道5发送定时采样指令,定时采集主循环泵振动数据(此时P01主循环泵处于停止状态,P02主循环泵处于稳定运行状态),完成主循环泵切泵过程的振动数据采集。

此后,主循环泵切换过程和平稳运行过程中的振动数据会分别被代入切换过程性能评估模型与平稳运行性能评估模型,对主循环泵不同运行状态下的性能进行评估。

3 结束语

本文提出了一种阀冷系统主循环泵切换过程振动数据采集方法,通过电流传感器采集主循环泵电机的电流,根据电流状态来判定主循环泵的运行状态,然后数据采集系统根据主循环泵的运行状态控制数据采集器定时采样或连续采样,以此来获得主循环泵不同运行状态下的振动加速度数据,并把振动加速度数据按照主循环泵的运行状态存入相对应的数据库中,对数据进行分类处理分析。

该方法可以把主循环泵切换过程和平稳运行过程的振动数据进行完全可靠的区分采集、存储,进而有效评估主循环泵在不同运行状态下的健康状态,保证阀冷系统的稳定、可靠运行。

[参考文献]

[1]刘钊,李昊.换流站阀冷主循环泵可靠性分析[J].宁夏电力,2019(6):41-45.

[2] 郭贤珊,郑鑫,曾静.±800kv换流站通用设计研究与应用[J].电网建设,2014,35(10):36-42.

[3] 高压直流输电换流阀水冷却设备:GB/T 30425—2013[S].

[4] 蔡少辉,郭卫明,赵猛,等.一种换流站阀冷系统主泵在线监测装置设计[J].新型工业化,2020,10(10):38-39.

《机电信息》2025年第22期第21篇