【摘要】振動是影響水輪發(fā)電機組正常運行和危害機組壽命的主要故障，本文主要介紹6600監(jiān)測儀表在水電機組的應(yīng)用和配置要求。
【關(guān)鍵詞】水電機組 振動 頻率 轉(zhuǎn)速 電渦流傳感器
一、振動監(jiān)測裝置主要技術(shù)要求
每臺機組振擺監(jiān)測裝置配置一套振動、擺度在線監(jiān)測系統(tǒng)，該單元系統(tǒng)包括傳感器、前置放大器、電纜、監(jiān)測分析模塊。系統(tǒng)可以位移（毫米或微米）顯示振動、擺度的峰峰值，每個通道可輸出繼電器報警和4-20毫安模擬量信號到電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。主要技術(shù)要求如下：
1）軸擺度測量
單元系統(tǒng)配置6個電渦流傳感器，分別在發(fā)電機上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、和水輪機導(dǎo)軸承附近各安裝2個傳感器，用來測量主軸X和Y方向的擺度。傳感器、前置放大器引出線連接到發(fā)電機端子箱中。監(jiān)測分析顯示單元安裝在發(fā)電機表計盤上，可與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)。
2）機架和水輪機頂蓋振動
單元系統(tǒng)配置8個速度振動傳感器（頻率響應(yīng)范圍0.5HZ開始）,其中2個傳感器安裝在上導(dǎo)軸承支架上，測量X和Y方向的水平振動；3個傳感器安裝在發(fā)電機下導(dǎo)軸承支架上，測量水平和X、Y方向的垂直振動；3個傳感器安裝在水輪機頂蓋上，測量水平和X、Y方向的振動。傳感器、前置放大器引出線連接到發(fā)電機端子箱中。監(jiān)測分析顯示單元安裝在發(fā)電機表計盤上，可與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)。
3）定子鐵芯振動
單元系統(tǒng)配置3組電磁振動傳感器（100HZ）,等間距布置在定子機座附近定子鐵心外緣中部。每組包括2個防磁加速度傳感器，分別測量鐵芯水平和垂直振動。傳感器、前置放大器引出線連接到發(fā)電機端子箱中。監(jiān)測分析顯示單元安裝在發(fā)電機表計盤上，可與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)。
4）定子機座振動測量
單元系統(tǒng)配置2個速度型振動傳感器（頻率響應(yīng)范圍0.5HZ開始）,布置在定子鐵心緊固件內(nèi)鐵芯2/3高度處，測量鐵芯X和Y方向的水平振動。傳感器、前置放大器引出線連接到發(fā)電機端子箱中。監(jiān)測分析顯示單元安裝在發(fā)電機表計盤上，可與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)。
二、單元系統(tǒng)主要配置及技術(shù)特點
6600機組振動擺度監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)是由2100系列機組擺度傳感器、9200VO系列振動速度傳感器、6600系列機組振擺監(jiān)測保護(hù)儀表組成。
6600監(jiān)測儀表系統(tǒng)由若干個可獨立完成特定監(jiān)測保護(hù)功能的監(jiān)測表組成，每一塊監(jiān)測表具有獨立的顯示器、DSP數(shù)據(jù)處理器、存儲器、電源、聯(lián)鎖繼電器、接線端子、通訊接口組成。可以通過現(xiàn)地編程實現(xiàn)需要的測量功能，而無須跳線、開關(guān)或更換器件。
· API670標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)
· 每組表自備電源
· 背光點陣液晶顯示
· 數(shù)字化技術(shù)
· 系統(tǒng)狀態(tài)通過前面板編程
· FFT譜、倍頻幅值相位
· 30分鐘觸發(fā)狀態(tài)趨勢和當(dāng)前頻譜
· 可升級EPROM固化軟件
· 提供MODBUS通訊協(xié)議
除傳統(tǒng)的監(jiān)測保護(hù)功能外，6600系列儀表還提供頻率分析功能，包括倍頻分析（幅值和相位）、FFT分析、轉(zhuǎn)速分析。每一模塊均帶有RS-485串行通信接口，MODBUS通訊協(xié)議，可以與計算機或DCS系統(tǒng)（主控機）通訊。每一主控機可同時與若干個模塊通訊。在完成監(jiān)測保護(hù)功能的同時，6600連續(xù)采集幅值數(shù)據(jù)，放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，以每分鐘一個的間隔連續(xù)記錄30分鐘的數(shù)據(jù)，共30個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采用先進(jìn)先出方式。如果機器測點達(dá)到危險報警值，這些數(shù)據(jù)連同最新測量的頻譜被移入特殊保護(hù)的存儲區(qū)內(nèi)。同一機組的所有儀表通過硬線可以組合到一起，機組的各測點中的某一點出現(xiàn)危險報警時，各監(jiān)測表上述數(shù)據(jù)可同時被保存起來，供事故分析之用。所有記錄的數(shù)據(jù)可以通過串行接口與計算機通訊，傳到計算機中供詳細(xì)分析。
6600系列分析式監(jiān)測保護(hù)儀表采用液晶棒條顯示和數(shù)字顯示結(jié)合的方式，第一頁面下部顯示幅值棒條，上部顯示數(shù)字值，數(shù)字顯示每五秒自動切換一次，第二頁面顯示轉(zhuǎn)速(需鍵相信號輸入)，探頭間隙電壓及模塊串行通信地址，由按鍵切換。全部可編程菜單可在屏幕上顯示，如傳感器故障和報警狀態(tài)也會自動顯示出來。
1、技術(shù)特點
6600系列保護(hù)系統(tǒng)基于先進(jìn)的DSP數(shù)字電子技術(shù)，用于機組監(jiān)測和保護(hù)。它不僅能監(jiān)測機械的振動和軸位移等，也能監(jiān)測相關(guān)的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量以及透平參數(shù)TSI(殼漲、差漲、閥位和偏心)等等。產(chǎn)品通過ISO9001認(rèn)證，滿足和超過API670標(biāo)準(zhǔn)以及本安型防爆標(biāo)準(zhǔn)。
1）儀表參數(shù)設(shè)置
全部監(jiān)測參數(shù)和狀態(tài)可由前面板設(shè)置，不需更換任何器件和跳線。因此可以最大限度地減少備件。同類型可互換。全部設(shè)置參數(shù)可以在顯示屏幕上顯示。而修改可由系統(tǒng)密碼保護(hù)，以防誤修改。
2）儀表數(shù)據(jù)記錄
全部監(jiān)測儀表均采用數(shù)字電路，可靠性高。除傳統(tǒng)的監(jiān)測保護(hù)功能外，還具備30分鐘趨勢，振動監(jiān)測表還具有測量1x,2x,3x幅值和相位，以及200線FFT譜的分析能力。一旦設(shè)備出現(xiàn)報警，系統(tǒng)會自動記錄全部數(shù)據(jù)，并存儲在專用報警存儲器中以備分析之用。這些功能均是在不增加任何儀表成本下提供，無任何附加設(shè)備。
3）儀表系統(tǒng)顯示
采用液晶棒條顯示和數(shù)字顯示結(jié)合的方式，第一頁面下部顯示幅值棒條，上部顯示數(shù)字值，數(shù)字顯示每五秒自動切換一次，第二頁面顯示時鐘，轉(zhuǎn)速，探頭間隙電壓及模塊串行通信地址，各頁面由按鍵切換。
4）儀表數(shù)據(jù)通訊
每一模塊均帶有RS-485串行通信接口,采用MODBUS通訊協(xié)議，可以與工廠使用的DCS系統(tǒng)通訊,每個6600表后背板均有一個通訊口并可通過組態(tài)設(shè)置通訊地址和速率等參數(shù),各表之間通過菊花鏈連在一起并最終連到主機.每個6600保護(hù)表均配有兩個4-20mA輸出端子,可為DCS系統(tǒng)提供模擬輸入.每個6600表配有7個繼電器,其輸出可作為DCS的開關(guān)量輸入。
5）儀表框架
儀表采用7”高儀表框架，可比其它類儀表節(jié)省約50％的儀表盤空間。
6）鍵相位
6652軸振動監(jiān)測儀表均可接受鍵相輸入，用于轉(zhuǎn)速和相位測量，故無需專門配置鍵相儀表。
7）電源和繼電器
每一儀表均配有獨立的電源和繼電器模塊。每個模塊有七個繼電器，一個用于系統(tǒng)狀態(tài)，其余六個可用于報警狀態(tài)。各繼電器的動作狀態(tài)可由前面板按鍵設(shè)置。
2、系統(tǒng)配置
6600機組振擺監(jiān)測保護(hù)表系統(tǒng)是由儀表框架、6622振動監(jiān)測表、6652擺度監(jiān)測表、6686振動監(jiān)測表、6691電源及繼電器插板組成。
1）儀表框架:
6625HIS-12：可安裝12個監(jiān)測表（每個監(jiān)測表2個通道）
2）6691電源和繼電器插板
每個槽位配置1個6691電源板，直接為監(jiān)測表供電；同時6691板上的繼電器的輸出直接聯(lián)接到監(jiān)測表的后背板。6691可提供+/-18，+/-24，-12V的直流電源，為傳感器和前置放大器提供電源。6691電源板的供電可用一個交流和兩個直流供電的任意組合，最多達(dá)三組電源供電。當(dāng)某一電源失效時，該監(jiān)測表的供電電源可在幾組輸入電源中自動切換。
3）6652機組擺度監(jiān)測表
單元系統(tǒng)配置3塊6652測儀表（6個通道），用來監(jiān)測水輪機組上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)的X和Y方向擺度。振動信號的幅值和頻率成分以及軸的徑向位置(直流間隙電壓)是機器狀態(tài)的很好的指示，并且可檢測大量的機器問題，包括：不平衡、磨損、予加負(fù)荷狀況/不對中、轉(zhuǎn)子裂紋以及轉(zhuǎn)動零件與固定零件的摩擦。另外，6652監(jiān)測表都接受轉(zhuǎn)速輸入以便提供階比分析功能。
6652監(jiān)測表為從電渦流位移傳感器輸入的信號提供連續(xù)的監(jiān)測。6652獨立監(jiān)測每個通道輸入信號的總值。用戶可以定義一個低通濾波器限定信號的頻帶。同時，6652連續(xù)將帶通信號總值與報警和危險設(shè)定值進(jìn)行比較。監(jiān)測表提供的保護(hù)滿足并在有些方面超過API670標(biāo)準(zhǔn)要求。
如果用戶將一個1倍轉(zhuǎn)速信號接入監(jiān)測表，6652可以計算振動前三倍頻的幅值和相位。同時系統(tǒng)還計算最大頻率為機組轉(zhuǎn)速6倍的頻譜（180到7500RPM），對于高速設(shè)備（最大轉(zhuǎn)速15000RPM），監(jiān)測表以轉(zhuǎn)速的3倍為分析頻帶計算頻譜。如果沒有轉(zhuǎn)速信號輸入，6652按1KHz分析頻帶計算頻譜，但不提供倍頻幅值和相位信息。
監(jiān)測表存儲各通道最后30分鐘的總值（1分鐘1個點）以及最新頻譜。當(dāng)發(fā)生危險報警或來自其它監(jiān)測表的第一輸出報警時，6652將此數(shù)據(jù)存儲到另外一個存儲區(qū)。這樣可使用戶利用此功能事后分析引起危險報警的原因。用戶可通過MODBUS通訊協(xié)議利用監(jiān)測表后部接線端子上的4線多點串口線得到這些數(shù)據(jù)。
4）6686機組低頻振動監(jiān)測表
單元系統(tǒng)配置5塊6686振動檢測儀表，測水輪機組上下機架頂蓋和定子機座的振動。6686監(jiān)測表為從加速度傳感器輸入的信號提供連續(xù)的監(jiān)測。6686獨立監(jiān)測每個通道輸入信號的總值。用戶可以定義一個低通和一個高通濾波器限定信號的頻帶。如果用戶將一個1倍轉(zhuǎn)速信號接入監(jiān)測表，6686可以計算振動前三倍頻的幅值和相位。同時系統(tǒng)還計算最大頻率為機組轉(zhuǎn)速6倍的頻譜（180到7500RPM），對于高速設(shè)備（最大轉(zhuǎn)速15000RPM），監(jiān)測表以轉(zhuǎn)速的3倍為分析頻帶計算頻譜。如果沒有轉(zhuǎn)速信號輸入，6686按1KHz分析頻帶計算頻譜，但不提供倍頻幅值和相位信息。
監(jiān)測表存儲各通道最后30分鐘的總值（1分鐘1個點）以及最新頻譜。當(dāng)發(fā)生危險報警或來自其它監(jiān)測表的第一輸出危險報警時，6686將此數(shù)據(jù)存儲到另外一個存儲區(qū)。這樣可使用戶利用此功能事后分析引起危險報警的原因。用戶可通過MODBUS通訊協(xié)議利用監(jiān)測表后部接線端子上的4線多點串口線得到這些數(shù)據(jù)。
5）6622機組擺度監(jiān)測表
單元系統(tǒng)配置3塊6622測儀表（6個通道），用來監(jiān)測定子鐵心振動。6622監(jiān)測表為速度傳感器輸入的信號提供連續(xù)的監(jiān)測。6622獨立監(jiān)測每個通道輸入信號的總值。用戶可以定義一個低通和一個高通濾波器限定信號的頻帶。如果用戶將一個1倍轉(zhuǎn)速信號接入監(jiān)測表，6622可以計算振動前三倍頻的幅值和相位。同時系統(tǒng)還計算最大頻率為機組轉(zhuǎn)速6倍的頻譜（180到7500RPM），對于高速設(shè)備（最大轉(zhuǎn)速15000RPM），監(jiān)測表以轉(zhuǎn)速的3倍為分析頻帶計算頻譜。如果沒有轉(zhuǎn)速信號輸入，6686按1KHz分析頻帶計算頻譜，但不提供倍頻幅值和相位信息。
監(jiān)測表存儲各通道最后30分鐘的總值（1分鐘1個點）以及最新頻譜。當(dāng)發(fā)生危險報警或來自其它監(jiān)測表的第一輸出危險報警時，6686將此數(shù)據(jù)存儲到另外一個存儲區(qū)。這樣可使用戶利用此功能事后分析引起危險報警的原因。用戶可通過MODBUS通訊協(xié)議利用監(jiān)測表后部接線端子上的4線多點串口線得到這些數(shù)據(jù)。
6）2100機組擺度監(jiān)測傳感器系統(tǒng)
單元系統(tǒng)配置6個2100系列電渦流傳感器。2100系列擺度傳感器的設(shè)計滿足美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(API)670的嚴(yán)格要求，它是當(dāng)今最先進(jìn)的非接觸傳感器系統(tǒng)之一。2100系列在設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的精度、可靠性和易用性方面開創(chuàng)了新的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由三個部件組成：傳感器、延長電纜和前置器。
非接觸式傳感器是一種線圈封裝型裝置，可以測量設(shè)備的相對位置變化。它的原理是在被測對象的材料中產(chǎn)生渦流，然后測量被測對象表面運動時電流的變化。隨著被測對象靠近/遠(yuǎn)離傳感器，能量損耗增加/減少。這種能量損失的變化反映在調(diào)制信號中，最終表現(xiàn)為電壓值和傳感器到被測表面的距離成比例。
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2107，80 mil 傳感器
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線性量程*
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約2,000µm (80mils)
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靈敏度*
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787mV/100µm (200mV/mil)
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靈敏度誤差*
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不大于±4%
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標(biāo)度因數(shù)誤差
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不超過787mV/100µm的±5%(以完整系統(tǒng)校準(zhǔn))
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線性度
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不超過200mV/mil的±0.8mils(以完整系統(tǒng)校準(zhǔn))
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溫度
范圍
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傳感器
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-40到+177ºC(-40到+350ºF)
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延長電纜
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接頭：最高+125ºC(247ºF)
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前置器
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-38到+80ºC(-36到+176ºF)
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運行濕度范圍
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30到95%RH(非凝結(jié)，不可淹沒水中)
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供電
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-17.5VDC到-26VDC
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最大輸出電壓
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約-22VDC(供電電壓-24VDC時)
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電流消耗
(10kW負(fù)載電阻)
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最大-16mA
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頻率響應(yīng)
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DC到20kHz(-3dB)
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輸出阻抗
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50W
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頭部直徑
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約5mm或約8mm
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電纜頭部直徑
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最大約6mm
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接頭頭部直徑
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最大約9.5mm (鍍金SMA接頭)
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接頭材質(zhì)
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不銹鋼，鍍金
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傳感器電纜長度
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0.5m或1m
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系統(tǒng)電纜長度
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電纜長度+延長電纜長度5m ±10%或9m ±10%
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*-24V電源、25ºC條件下，相對于AISI 4140 鋼(厚度³200mils或5mm)的平整表面標(biāo)定。
7）793型速度傳感器
單元系統(tǒng)配置10個793型速度傳感器和積分放大器,用來測量機架振動、水輪機頂蓋振動、定子機座振動
9200VO主要技術(shù)指標(biāo)
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靈敏度（V/m/s）
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2.6
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通頻帶
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水平 0.5~30
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垂直 0.5~30
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分辨率
（與前置器配接后）
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速度（m/s,p-p）： 2×10-7
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位移（m,p-p）： 3×10-7
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最大量程
（與前置器配接后）
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速度(m/s,p-p)： 3×10-2
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位移（m,p-p）： 1×10-3
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輸出負(fù)荷電阻（K）
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300
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尺寸、重量
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Φ45×85mm； 0.9kg
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8）、FOA110型光纖加速度傳感器
單元系統(tǒng)配置6個FOA110型光纖加速度傳感器,用來測量定子鐵芯水平垂直振動
主要技術(shù)特點:
· 電氣絕緣超過27 kV (傳感器頭和信號調(diào)理單元)
· 重量輕(無金屬部件傳感器頭重量約20 g)
·對電磁場不敏感
·良好的熱穩(wěn)定性
· 引出電纜長度可選6或10米
· 密封過度接頭/調(diào)理器
主要技術(shù)參數(shù):
· 頻率范圍: 30 Hz- 350 Hz ± 5 %;
· 諧振頻率大于500 Hz;
· 動態(tài)范圍:0 - 1 mm 峰峰/100 Hz;
· 傳感器頭連續(xù)工作溫度: + 90°C.
· 輸出靈敏度: 100 mV/g
· 電源: +24VDC +/- 20%
三、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
個人簡歷
作者：姜先軍
性別：男
出生日期：1977年
工作單位：哈爾濱新利德電站設(shè)備有限公司
部門：技術(shù)部
職務(wù)：機械工程師
電子郵箱：jiang_0514@163.com
1997.8 -2001.7 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)
2001.8-2008.2 哈爾濱瑞格大電機技術(shù)有限公司
2008.2-目前 哈爾濱新利德電站設(shè)備有限公司
主要工作經(jīng)驗
太平灣發(fā)電廠50Hz、60Hz水輪發(fā)電機機組振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)工程的現(xiàn)場安裝、調(diào)試及技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督；
白山一期發(fā)電廠水輪發(fā)電機振動的原因分析及整體方案的確定；
白山抽水蓄能電站振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)的整體方案制定，測量振動元器件的選型及現(xiàn)場安裝、調(diào)試及技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督；
太平灣發(fā)電廠50Hz、60Hz水輪發(fā)電機機組振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)工程的現(xiàn)場安裝、調(diào)試進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督；
白山發(fā)電廠水輪發(fā)電機氣隙監(jiān)測系統(tǒng)工程的現(xiàn)場安裝、調(diào)試和驗收試驗進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督。
白山發(fā)電廠水輪發(fā)電機汽蝕監(jiān)測系統(tǒng)工程的現(xiàn)場安裝、調(diào)試和驗收試驗進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)督。
三峽右岸發(fā)電機發(fā)電機上導(dǎo)油槽液位計、推力油槽液位計、水導(dǎo)油槽液位計的現(xiàn)場測繪、方案設(shè)計產(chǎn)品選型；
和信火力發(fā)電廠1#、2#機組高排改造項目的現(xiàn)場安裝與調(diào)試。
《白山抽水蓄能電站監(jiān)測系統(tǒng)自動化元件投標(biāo)書》的編制與投標(biāo)工作；
《葛洲壩水力發(fā)電廠機組自動化元件投標(biāo)書》的編制工作；
