水力发电机监控:测量涡轮叶片的效率

提高水利发电效率,促进绿色能源发展

采用 HBM 应变测量技术和 PMX 测量系统,水力发电效率提高了 10%。Iron Gate I (Djerdap Gorge) 水电站是多瑙河上最大的水坝和欧洲最大的水力发电站。其位于罗马尼亚和塞尔维亚之间。

该项目始于1964年,在1972完成时,其是世界上最大的水力发电站之一,有十二台发电机组,最大发电量为2052兆瓦,平均为1026兆瓦。

"Iron Gate" / Djerdap Gorge 水坝。 来源: Shutterstock

以前的机械化解决方案达到了极限

经过30多年的运行,新增六台汽轮机的振兴工程于2009在塞尔维亚启动。其目的是将发电效率提高 10%。其使用了可调叶片的水轮机对旧的设计进行优化。因此需要进行广泛的测试来确定发电效率。为此,IEENT(贝尔格莱德尼古拉斯研究所)与 MFB(贝尔格莱德大学机械科学院)和TRC Pro(技术研究中心)合作,设计了一个新方法,来测量实时工作状态下的发电效率。

Measurement experts during their work
进行测量的技术专家团队。来源: TRC
Turbine runner
涡轮机采用新的叶片。来源:TRC

可靠的传感器技术

测量使用的是应变测量原理,并将应变片直接安装在涡轮机上。

  • 第一类应变片用于扭矩测量。
  • 第二类应变片对涡轮进行轴向力和速度测量。

扭矩和轴向力测量的应变片位于涡轮和发电机之间)的轴上。

对于扭矩测量,工程师们决定采用 HBM HBM XY41-3/700 应变片并联工作。

对于轴向力的测量,工程师们选择了 XY31-3/350 应变片。

Strain gauge installed on axis 1
轴 1
Strain gauge installations on axis 2
轴 2
Strain gauge installations on axis 3
轴 3
Strain gauge installations on axis 4
轴 4

在应变片安装完成后,他们使用了特殊的保护罩对应变片进行了电气保护。以防止在这种恶劣环境下,应变测量受到电磁干扰(EMI)。

因为涡轮轴在工作时一直处于旋转状态,工程师们必须找到一个安全的方式来将的应变信号传递到 PMX 测量放大器系统。因此了安装了一个遥测系统,以便将测量信号从轴上发送到接收端。

设置和运行模式

Shaft connecting turbine wheel and generator
连接涡轮轮和发电机的轴(安装了应变片)

通常,测量和控制系统需要完成几个任务,如快速可靠的测量、易于安装、实时计算、诊断信息、不需要额外的软件安装等。这些通过 PMX 测量系统.

PMX 可以测量多种信号,包括电压,应变等。来自涡轮,涡轮轴上的应变片将扭矩,转速及力等应变信号,通过遥测系统转化为电压信号,传送给 PMX,所有信号采样率均为 19.2 kHz。

所有参数设置与调整,PMX系统均通过标准的以太网接口和内部的 Web服务器处理。并且可通过远程无线网络进行远程操作。因此每个工程师都可以实时查看测试状态。

Protected measuring point
带遥测系统的测量点
Electric cabinet with HBM
带 PMX 的电柜

功能强大的实时计算与PMX“智能功能”

第二步中,需要实时地计算相关信息。这可以通过 PMX 智能功能完成,例如袖珍计算器、逻辑功能和过程评估等,如PID控制器功能。为了计算机械功率,可以使用以下公式:

 

单位: P: W; M: Nm; n: rpm. 

PMX Screenshot Webserver
PMX 测量信号,计算信号和I/O信号概览。
PMX web server: Power calculations
PMX 功率计算

安全与诊断

PMX 带有一个诊断LED指示灯。能够让服务工程师获得一个容易和快速的指示,了解设备和测量状态的潜在错误。

详细、深入的诊断信息储存在PMX日志文件终。涵盖了设备和测量的所有即将出现的错误,以及参数的设置更改。

“参数化的一个非常有用的工具,通过个人电脑的平板电脑或智能手机的 Web浏览器就可以实现,并且实时有效”,TRC 工程师 Hotimir Licen 谈到。

过程数据采集与评估

在开始定义软件时,工程师要求其必须是一个易于使用,强大的数据采集和评估软件,能够采集所有的测量信号以及实时计算结果。此外,该软件必须可视化并存储所有数据,并可按需生成打印报告。

所有数据均通过 HBM catman 数据采集软件采集:

catman data acquisition software screenshot
在数据采集中,扭矩和轴向力测量应用截图
Screenshot of the catman software
扭矩和轴向力测量应用截图
Recording in catman (Screenshot)
扭矩、轴向力、转速、功率和计算

在项目完成后,进行效率测试并确定新的涡轮机特性。

Turbine and generator number A4
进行测量的涡轮机和发电机(来源: TRC PRO)
Team of technical experts
进行测量的技术专家团队

在这里,再次回顾一下 HBM 测量解决方案的亮点:

  • 部署快速简便
  • 易于安装和诊断
  • 高分辨率、高精度、高速
  • 设备内部计算通道:
    • 动态信号与滤波信号
    • 应变测量的扭矩计算
    • 应变测量中的力计算
    • 转矩转速测量的功率计算
    • Web可视化应用程序,可通过PC机、平板电脑或智能手机进行数据存储和可视化(任何带有Web浏览器的设备)。
联系我们 如果您希望与HBM联系,无论是技术问题还是希望进行商务合作或者是产品咨询,我们都将为您服务