劉 娟，潘羅平，桂中華，周 葉

(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

1 引言

水電機(jī)組是水電廠的關(guān)鍵設(shè)備，運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響水電廠的安全運(yùn)行。同時(shí)，隨著水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，對(duì)機(jī)組的檢修、維護(hù)、運(yùn)行、管理提出了更高的要求，實(shí)施水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)組故障進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、分析原因，對(duì)于大中型水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要的意義。另一方面，隨著現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)和管理模式的不斷發(fā)展和完善，電廠的設(shè)備維修方式正在逐漸從過(guò)去的以時(shí)間為基礎(chǔ)的定期“預(yù)防性維修”向今天的以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的“預(yù)測(cè)性維修”方式過(guò)渡，正逐漸向著無(wú)人值班，少人值守的管理模式發(fā)展[1,2]。實(shí)施水電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，在此基礎(chǔ)上對(duì)水電機(jī)組實(shí)施“狀態(tài)檢修”已成為水電機(jī)組運(yùn)行保障技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

三峽總公司為適應(yīng)現(xiàn)代化電廠運(yùn)行管理、檢修技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)也為滿足流域、梯級(jí)開(kāi)發(fā)的發(fā)展需求，計(jì)劃建立一個(gè)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的、全面的、可擴(kuò)展性的大型水電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷中心，為實(shí)現(xiàn)電廠的狀態(tài)檢修策略提供科學(xué)、全面、及時(shí)的技術(shù)支持和依據(jù)。為此，針對(duì)國(guó)內(nèi)大中型水電廠（三峽電廠、葛洲壩電廠、二灘電廠、廣蓄電廠等）水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和狀態(tài)檢修技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，開(kāi)展了廣泛、系統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察。本文以此次文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察結(jié)果為主要依據(jù)，對(duì)我國(guó)水電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行了全面分析和總結(jié)，以便為我國(guó)電廠狀態(tài)檢修工作的全面實(shí)施提供有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。

2 國(guó)內(nèi)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的研究，起源于二十世紀(jì)60年代，由航天、軍事工業(yè)的需要而發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)70、80年代逐步完善并開(kāi)始應(yīng)用，到了二十世紀(jì)90年代，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在石油、化工、交通、電力、冶金、航空、核工業(yè)、能源等領(lǐng)域逐步跨入了實(shí)用化時(shí)代。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有大量的生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)針對(duì)水電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)展了相關(guān)研究，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的產(chǎn)品成功應(yīng)用于電廠。從已開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)看，普遍具有較好的分析功能，但很多還沒(méi)有診斷功能，且監(jiān)測(cè)對(duì)象大都僅局限于機(jī)組某方面的或某部分，沒(méi)有一個(gè)是針對(duì)機(jī)組的全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，更沒(méi)有形成多個(gè)區(qū)域多臺(tái)機(jī)組的監(jiān)測(cè)診斷的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)。建廠時(shí)間越晚的一些現(xiàn)代化、大型電廠，如三峽電廠、葛洲壩電廠等，其機(jī)組設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更為全面、應(yīng)用效率更高、管理也更為科學(xué)；但是大多數(shù)早期建立的電廠，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的應(yīng)用和管理方面還存在很大完善空間?？傮w而言，國(guó)內(nèi)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究及應(yīng)用狀況存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品的研制取得了一定的進(jìn)展，從過(guò)去的單一的振動(dòng)、擺度監(jiān)測(cè)發(fā)展到現(xiàn)在振動(dòng)、擺度、壓力、溫度、氣隙與磁場(chǎng)強(qiáng)度、局放、油氣等多種項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)。

(2)水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性(包括振動(dòng)、擺度和壓力脈動(dòng))監(jiān)測(cè)技術(shù)基本成熟；已能對(duì)氣隙、局放、油氣等進(jìn)行初步監(jiān)測(cè)，但監(jiān)測(cè)技術(shù)還有待進(jìn)一步完善。例如，如何降低局放監(jiān)測(cè)中的噪聲干擾；水輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)、空化空蝕、關(guān)鍵部件應(yīng)力與裂紋、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組溫度在線監(jiān)測(cè)等還是國(guó)內(nèi)外尚未解決的技術(shù)難題。

(3)專家系統(tǒng)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)研究的熱點(diǎn)，但多年停留在方法的匯合、算法的改進(jìn)上，始終未能成功地給出工程性的實(shí)用產(chǎn)品。相對(duì)來(lái)說(shuō)專家系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用較神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要好，有一些初級(jí)不太成熟的故障診斷專家系統(tǒng)投入了試用。

(4)國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有出現(xiàn)一個(gè)多區(qū)域多機(jī)組的監(jiān)測(cè)、診斷、管理、維修一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。現(xiàn)有水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析功能還不夠強(qiáng)大；個(gè)別采用專家系統(tǒng)技術(shù)提供了初級(jí)故障診斷功能，但缺乏來(lái)自故障機(jī)理的深層次的理論和技術(shù)支持，且缺少大量寶貴的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際診斷經(jīng)驗(yàn)，與工程實(shí)際應(yīng)用存在較大差距；狀態(tài)檢修功能幾近空白。

2.1 水輪機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

為保證電廠的高效和安全運(yùn)行，電廠主要應(yīng)從兩個(gè)方面對(duì)水輪機(jī)系統(tǒng)相關(guān)物理量和參數(shù)展開(kāi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：(1)水輪機(jī)穩(wěn)定性方面：主要包括主軸擺度，機(jī)組結(jié)構(gòu)振動(dòng)、水壓力脈動(dòng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。(2)水輪機(jī)狀態(tài)方面：包括水輪機(jī)能量效率、水輪機(jī)空化與泥沙磨損狀態(tài)、水輪機(jī)主要部件的應(yīng)力與裂紋的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)：目前，水輪機(jī)穩(wěn)定性的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)比較成熟，主要應(yīng)用的傳感器有位移傳感器、低頻振動(dòng)傳感器、壓力傳感器等，所用傳感器都可以在后續(xù)安裝。其中擺度監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相對(duì)成熟；低頻振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，由于傳統(tǒng)慣性式低頻振動(dòng)傳感器其輸出信號(hào)信噪比低的固有缺陷，低頻振動(dòng)測(cè)量在負(fù)荷變化時(shí)還存在測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題；測(cè)量壓力脈動(dòng)通常采用壓力傳感器，要求所選用的壓力傳感器具有良好的動(dòng)態(tài)特性。但目前壓力傳感器的安裝存在較大的問(wèn)題，通常經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的取壓管路后安裝，使壓力脈動(dòng)有所衰減或管路共振，給測(cè)量帶來(lái)較大的誤差。

應(yīng)用比較廣泛、成熟的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有華科同安TN8000、華水機(jī)HJS系統(tǒng)、Vibro-Meter?VM600振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、創(chuàng)為實(shí)S8000監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、以及一些國(guó)外機(jī)組自帶（瑞士Vibro-Meter系統(tǒng)）的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

水輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：能量效率監(jiān)測(cè)已有研究，主要對(duì)機(jī)組過(guò)流量、工作水頭、有功功率、接力器行程、無(wú)功功率、蝸殼進(jìn)出口斷面壓力等參數(shù)進(jìn)行采集測(cè)量，除流量外，其他參數(shù)在大中型水電廠已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集，數(shù)據(jù)具有較高的精確度。主要傳感器有功率變送器、差壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。國(guó)內(nèi)水電廠的效率監(jiān)測(cè)已初步實(shí)現(xiàn)，但需要在實(shí)用性和精確性上做進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和完善。近年來(lái)，超聲波測(cè)流技術(shù)在水輪機(jī)流量的監(jiān)測(cè)方面已有應(yīng)用，但在測(cè)量精度和穩(wěn)定性方面有待提高，應(yīng)加強(qiáng)流量在線監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)的研究。

目前水輪機(jī)空化、泥沙磨損、水輪機(jī)主要部件的應(yīng)力與裂紋監(jiān)測(cè)技術(shù)尚屬空白，有待進(jìn)一步研究?？栈瘴g振動(dòng)屬于高頻振動(dòng)，振動(dòng)源不好判斷，位置不好確定。同時(shí)沒(méi)有特別明顯的頻段能夠決定是否存在空化及其嚴(yán)重程度；由于水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，空化監(jiān)測(cè)設(shè)備裝置的安裝固定也非常困難，目前國(guó)內(nèi)空化監(jiān)測(cè)的研究還不多，也沒(méi)有比較成熟的產(chǎn)品可以直接加以利用。需要從空化監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)傳感器選擇及布置等方面對(duì)空化監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究。近年來(lái)，葛洲壩電站利用超聲波和加速度傳感器對(duì)空化監(jiān)測(cè)進(jìn)行了試探性地研究，積累了一些數(shù)據(jù)，但目前技術(shù)不太成熟，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參考價(jià)值不大。由于受到監(jiān)測(cè)手段和監(jiān)測(cè)方法的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)水輪機(jī)關(guān)鍵部件疲勞裂紋的監(jiān)測(cè)，還停留在根據(jù)機(jī)組異常振動(dòng)停機(jī)觀察的隨機(jī)察看階段，還沒(méi)有相對(duì)比較完善的監(jiān)測(cè)技術(shù)。因此，分析水輪機(jī)關(guān)鍵部位裂紋產(chǎn)生原因和特征信號(hào)表征，并對(duì)易產(chǎn)生裂紋部位的應(yīng)力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)處理轉(zhuǎn)輪缺陷、消除事故隱患，也是下一步需要進(jìn)行研究的技術(shù)難點(diǎn)之一。

2.2 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：發(fā)電機(jī)定子振動(dòng)、發(fā)電機(jī)定子線棒振動(dòng)、發(fā)電機(jī)空氣氣隙與磁場(chǎng)強(qiáng)度、絕緣與局部放電參數(shù)、定子線棒溫度、定子鐵芯溫度、轉(zhuǎn)子磁極溫度、轉(zhuǎn)子線棒溫度。

發(fā)電機(jī)定子振動(dòng)和定子線棒振動(dòng)監(jiān)測(cè)與水輪機(jī)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)同屬主機(jī)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，相關(guān)物理參數(shù)和信號(hào)的監(jiān)測(cè)手段和方法相同，監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)比較成熟。

發(fā)電機(jī)空氣氣隙與磁場(chǎng)強(qiáng)度、絕緣與局部放電參數(shù)的監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外已有研究，相關(guān)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品在我國(guó)水電機(jī)組中也有所應(yīng)用。我國(guó)一般都是在機(jī)組安裝調(diào)整過(guò)程中，用塞尺對(duì)氣隙作定點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量，而對(duì)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)的氣隙監(jiān)測(cè)還很少，三峽（加拿大VibroSystM系統(tǒng)）、葛洲壩（HOMIS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成）、巖灘等少數(shù)幾個(gè)電站配置了氣隙監(jiān)測(cè)裝置，目前國(guó)內(nèi)在氣隙監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用方面還相對(duì)落后，如何根據(jù)氣隙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣隙偏心診斷，判定問(wèn)題磁極位置，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)潛在故障，還需要進(jìn)行更深層次地研究。

局部放電的測(cè)量通常選用一個(gè)窄頻帶裝置測(cè)量放電頻率，其范圍在幾千赫茲至幾兆赫茲之間，如絕緣有空隙或裂紋，則放電電壓脈動(dòng)幅值較大、頻率較高。目前采用的傳感器主要有電容傳感器、電流傳感器，及定子槽藕合器等。發(fā)電機(jī)內(nèi)部局部放電信號(hào)通過(guò)兩條途徑傳播到發(fā)電機(jī)外：①發(fā)電機(jī)出線；② 發(fā)電機(jī)繞組中性點(diǎn)接地線。從這兩條途徑檢測(cè)到的局部放電信號(hào)都受到外部電磁干擾的影響，如何消除外部的電磁干擾，這是當(dāng)前發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測(cè)面臨的一大難題[3]。如安裝在廣蓄電廠的IRIS局放監(jiān)測(cè)設(shè)備，就在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，核心問(wèn)題是不能確定測(cè)到的信號(hào)是否為局放信號(hào)，如果局放監(jiān)測(cè)中抗干擾問(wèn)題不能得到解決，局放監(jiān)測(cè)就不能取得很好的效果，監(jiān)測(cè)到的結(jié)果就只能作為檢修工作中的參考，而不能作為依據(jù)。三峽部分機(jī)組上安裝了瑞士 PDTech公司MICAMAXXTM Plus局放在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)定子線圈的局放進(jìn)行了在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的泄漏電流的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員對(duì)采集的波形型態(tài)進(jìn)行分析，才能確定設(shè)備局放的狀態(tài)，系統(tǒng)分析功能較弱，對(duì)分析人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高。如何提高水輪發(fā)電機(jī)組局放監(jiān)測(cè)的抗干擾能力，以及從大量局放監(jiān)測(cè)信號(hào)中正確識(shí)別、分離局放信號(hào)、定位局放信號(hào)是一個(gè)急需解決的技術(shù)難題，需要進(jìn)行深入地研究。從目前應(yīng)用情況看，局放監(jiān)測(cè)信號(hào)的抗干擾和信噪分離等相關(guān)技術(shù)還需進(jìn)一步研究。

定子線棒溫度、定子鐵芯溫度的在線監(jiān)測(cè)多已預(yù)埋傳感器，可接監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測(cè)，一種方法是采用埋入測(cè)溫電阻，則需裝設(shè)很多小碳刷將信號(hào)引出，給發(fā)電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)隱患，且工藝上實(shí)現(xiàn)也很困難；另一種方法是利用勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓的關(guān)系求出轉(zhuǎn)子線圈電阻，計(jì)算轉(zhuǎn)子溫度。但這種間接方法所獲得的是線圈的平均溫度，而且由于運(yùn)行表盤(pán)的表計(jì)及其附件的精度等級(jí)較低，表盤(pán)刻度單位較大，結(jié)果誤差也較大。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都很難做到多點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)，抗干擾能力較差。目前，監(jiān)測(cè)大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的直接測(cè)試手段尚在研究之中，國(guó)外曾報(bào)道過(guò)利用熒光體的光學(xué)特性測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的研究報(bào)告，該方法的困難之處是難以找到合適的熒光物質(zhì)[4]。

2.3 軸承系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展，大型機(jī)組的投產(chǎn)，各種容量機(jī)組數(shù)量增多，軸承運(yùn)行狀態(tài)及故障，特別是推力軸承的運(yùn)行故障，對(duì)水電機(jī)組的安全穩(wěn)定性運(yùn)行影響越來(lái)越大。我國(guó)近年建成投運(yùn)的大型水電廠的大型水電機(jī)組都曾發(fā)生過(guò)推力軸承瓦面溫度升高，瓦面磨損的故障現(xiàn)象（含彈性金屬塑料瓦），直接影響到機(jī)組的可靠運(yùn)行[5]。

軸承系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)象主要包括：推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)的軸承瓦溫、油槽油溫、冷卻水量、進(jìn)出口水溫、推力負(fù)荷、油位、油混水等。上述大部分監(jiān)測(cè)量可從監(jiān)控系統(tǒng)中獲取，相應(yīng)傳感器已安裝，其中推力軸承運(yùn)行特性的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中尚有部分監(jiān)測(cè)量需做進(jìn)一步地研究。

根據(jù)推力軸承運(yùn)行特性及故障特征，通常測(cè)量的參數(shù)為：推力軸承潤(rùn)滑參數(shù)，即軸瓦的油膜厚度，油膜壓力，油膜溫度（瓦溫）和瓦體溫度（油溫）；當(dāng)推力軸承為水冷瓦結(jié)構(gòu)時(shí)，還需測(cè)量水冷瓦的能量特性；具有高壓油頂起裝置的軸瓦還需增測(cè)軸瓦油室壓力和摩擦系數(shù)。如此多的監(jiān)測(cè)參數(shù)，測(cè)點(diǎn)數(shù)量相當(dāng)多，其測(cè)點(diǎn)布置是相當(dāng)繁雜的?，F(xiàn)在應(yīng)用的主要有以下三種方法：

油膜厚度（位移傳感器）的測(cè)量方法，如光干涉法、電渦流法及電容法等。

油膜壓力（壓力傳感器）測(cè)量方法，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，消除溫度對(duì)壓力傳感器輸出的影響，要對(duì)每只傳感器都做溫漂曲線，在工作溫度條件下進(jìn)行標(biāo)定根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的溫度逐一修正。另外測(cè)量一塊瓦的壓力分布，傳感器安裝在瓦上，所用的傳感器數(shù)量不少于9 只。這種安裝方法對(duì)于巴氏合金瓦推力軸承沒(méi)有問(wèn)題，而對(duì)于彈性金屬塑料瓦推力軸承，要考慮測(cè)壓孔的橫向泄漏問(wèn)題。測(cè)量一套瓦的壓力分布，傳感器安裝在鏡板上，呈徑向分布，傳感器數(shù)量3～5只，但測(cè)試技術(shù)較復(fù)雜。

溫度（溫度傳感器）測(cè)量方法，測(cè)量瓦和鏡板溫度的傳感器采用靈敏度高的半導(dǎo)體溫度傳感器，也可以采用熱敏電阻，熱電偶或熱電阻。每個(gè)傳感器都要標(biāo)定，以保證測(cè)量結(jié)果的精度。測(cè)量一塊瓦的瓦面溫度分布，傳感器安裝在瓦上，所用的傳感器數(shù)量不少于16 只。

每種測(cè)量方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都存在精度不高、傳感器數(shù)量要求較多、測(cè)試技術(shù)不夠直接簡(jiǎn)便的問(wèn)題；另外溫度傳感器體積較大，與瓦體接觸不良，熱響應(yīng)速度慢，又僅憑經(jīng)驗(yàn)選擇埋設(shè)位置，測(cè)量瓦體溫度誤差較大，很難推斷出軸瓦表面的準(zhǔn)確溫度值，常引起燒瓦事故。

2.4 輔機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

輔機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)象主要包括發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、主變壓器、GIS等輔助系統(tǒng)。

主要測(cè)點(diǎn)有空冷機(jī)組的風(fēng)溫、水溫、水量；水冷機(jī)組風(fēng)溫、冷卻器水溫、冷卻器水量、純水系統(tǒng)水溫、純水系統(tǒng)進(jìn)出口水量（線棒漏水量）、純水泵故障；調(diào)速器報(bào)警、調(diào)速器正常；勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流；主變主油箱油溫、主變冷卻水量、水溫、進(jìn)出口水壓、主變冷卻器故障；GIS的A相氣隔SF6密度異常、B相氣隔SF6密度異常、C相氣隔SF6密度異常、斷路器氣隔SF6密度過(guò)低以及主軸密封水流量等。這些參數(shù)可以從監(jiān)控系統(tǒng)中取得。

電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過(guò)熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型，通過(guò)對(duì)變壓器油中氣體的色譜分析，是發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷最有效的方法。主變色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是通過(guò)在線監(jiān)測(cè)變壓器等油浸式高壓設(shè)備油中溶解的故障特征氣體的含量及其增長(zhǎng)率，并通過(guò)故障診斷專家系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息，避免設(shè)備事故，減少重大損失，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

國(guó)內(nèi)采用的主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品主要有Serveron公司的TM8系統(tǒng)（三峽電廠）、三菱絕緣油含氣量在線監(jiān)測(cè)儀C-TCG-6C（二灘）、美國(guó)GE的HYDRAN 201R油氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（廣蓄）。這些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是氣相色譜儀，可以檢測(cè)甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、油溫、油中水分等。具備一定的組網(wǎng)和WEB發(fā)布功能，能夠較好地反映含氣量的變化趨勢(shì)，但在線測(cè)量與離線測(cè)量比較，存在較大偏差。如何提高油色譜監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度，將是未來(lái)推行油氣在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。

2.5 水電機(jī)組故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，二十世紀(jì)70年代末開(kāi)始研究和嘗試應(yīng)用診斷技術(shù)，二十世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行智能化故障診斷的研究工作，研究方法集中在模糊邏輯法、故障樹(shù)分析法、專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，其中專家系統(tǒng)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是應(yīng)用的熱點(diǎn)。許多監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)也開(kāi)始投入使用，但大都集中在汽輪機(jī)以及其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)與故障診斷，針對(duì)水電機(jī)組的應(yīng)用很少。這主要由于水電機(jī)組轉(zhuǎn)速低，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行沒(méi)有給予足夠的重視，使得水電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究落后于其他（大型）旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在水電機(jī)組故障診斷領(lǐng)域的研究取得了一些進(jìn)展[6,7]，但主要還處于理論研究階段，還沒(méi)有成功應(yīng)用的工程系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)已配備的智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用的效果并不理想，其中較好的具有可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和分析功能，絕大多數(shù)沒(méi)有到達(dá)在線自動(dòng)診斷的功能目標(biāo)，不能向運(yùn)行人員和生產(chǎn)管理人員提供有效的診斷結(jié)果。遠(yuǎn)不能滿足水電廠狀態(tài)檢修的實(shí)際需要，其主要原因如下：

（1）缺乏來(lái)自故障機(jī)理的深層次的理論和技術(shù)支持；

水力機(jī)械的振動(dòng)故障復(fù)雜，除了考慮機(jī)械方面的原因外，尚需考慮流體、動(dòng)壓力以及發(fā)電機(jī)電磁力的影響，且某些故障機(jī)理及特征表現(xiàn)形式還沒(méi)有很好地被研究透徹，如泥沙磨損與空化等，增加了故障診斷的難度。

（2）缺乏將大量寶貴的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際診斷經(jīng)驗(yàn)有效地融入診斷的推理系統(tǒng)；

故障診斷是一實(shí)踐性極強(qiáng)的技術(shù)，研究人員必須結(jié)合從事現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際診斷工程技術(shù)人員以及具有豐富領(lǐng)域知識(shí)的專家來(lái)建立盡可能接近實(shí)際的規(guī)則，并將推理機(jī)制與實(shí)際診斷思維方法、診斷信息相結(jié)合，才能建立接近人工診斷的推理系統(tǒng)機(jī)制。但多數(shù)研究人員缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際診斷過(guò)程和特點(diǎn)的了解。

（3）人工智能與專家系統(tǒng)知識(shí)獲取和應(yīng)用上還存在一定的問(wèn)題；

人工智能與專家系統(tǒng)在工程應(yīng)用方面還未達(dá)到人們期望的水平，其中問(wèn)題的癥結(jié)仍是知識(shí)獲取和知識(shí)應(yīng)用問(wèn)題，即如何很好地結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)、如何推理以及如何提高自學(xué)習(xí)能力，因此，應(yīng)加強(qiáng)專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和規(guī)則研究。

3 國(guó)內(nèi)水電機(jī)組檢修現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)代世界各國(guó)水電站實(shí)行的設(shè)備預(yù)防性維修制度，主要有兩大體系：一是以原蘇聯(lián)為代表的、以周期結(jié)構(gòu)和修理系數(shù)等整套定額標(biāo)準(zhǔn)為主要支持的計(jì)劃預(yù)修制度；二是以歐、美國(guó)家為代表的、以日常監(jiān)測(cè)和定期檢查為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)性的維修體制。

我國(guó)水電廠設(shè)備維修是設(shè)備綜合管理的基礎(chǔ)。我國(guó)水電廠是在引用原蘇聯(lián)水電廠的維修制度的基礎(chǔ)上，建立并形成了具有中國(guó)特點(diǎn)的定期保養(yǎng)和修理制度，并不斷修改補(bǔ)充，到2002年《SD230-87發(fā)電廠檢修規(guī)程》仍是我國(guó)各水電廠設(shè)備維修的基本法規(guī)。該檢修規(guī)程仍以"預(yù)防為主、計(jì)劃?rùn)z修"和"到期必修，修必修好"為主要方針，是定期預(yù)防維修的規(guī)程，其體系仍然屬于蘇式的設(shè)備計(jì)劃預(yù)修制度。我國(guó)水電廠現(xiàn)有的擴(kuò)大性大修、大修、小修、臨檢等定期維護(hù)形式，是沿用原蘇聯(lián)計(jì)劃性維修的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

基于國(guó)內(nèi)外設(shè)備診斷技術(shù)的迅速發(fā)展，到二十世紀(jì)90年代初，以水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析為主的系統(tǒng)（含離線或在線監(jiān)測(cè)）在水電廠中開(kāi)始實(shí)施應(yīng)用，對(duì)運(yùn)行機(jī)組的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和故障分析發(fā)揮了較好作用。其中葛洲壩、二灘、三門(mén)峽等電站在實(shí)施機(jī)組部分系統(tǒng)狀態(tài)檢修中的探索和初試，為我國(guó)水電站實(shí)施真正意義上的狀態(tài)檢修開(kāi)辟了良好的開(kāi)端[8-10]。

我國(guó)水電廠實(shí)施狀態(tài)檢修，將計(jì)劃?rùn)z修逐步過(guò)度到預(yù)測(cè)維修制度，經(jīng)過(guò)近20年的研究和實(shí)踐，隨著水電廠"無(wú)人值班（少人值守）"工作深入，水電廠運(yùn)行管理和設(shè)備管理，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，有了很大的提高，在利用計(jì)算機(jī)、監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)、研制開(kāi)發(fā)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)方面取得較好的成績(jī)，為狀態(tài)檢修奠定了良好的基礎(chǔ)。但是應(yīng)該看到，由于水電廠狀態(tài)檢修起步較晚，真正實(shí)施狀態(tài)檢修還有一定的距離。

4 總結(jié)

目前，幾乎國(guó)內(nèi)所有的大中型電廠都對(duì)其水電機(jī)組的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸承及輔機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備性能實(shí)施了全面或部分的在線監(jiān)測(cè)，但一些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確度還有待提高；由于受傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)儀器等技術(shù)發(fā)展的限制，一些諸如低頻振動(dòng)、空化空蝕和轉(zhuǎn)子溫度的在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)；由于缺乏一套行之有效的故障推理機(jī)理和故障案例庫(kù)，機(jī)組的故障診斷基本還停留在人工診斷階段；在檢修策略上，所有電廠還停留在從“計(jì)劃?rùn)z修”模式向“狀態(tài)檢修”過(guò)渡的階段，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的狀態(tài)檢修。

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