毛學志

（浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 仙居317300）

長期以來，定期計劃維修體制為水電站的正常運作發(fā)揮了重要作用，它至今仍然是世界各國主要的設備維修體制，仍然在各個水電站發(fā)揮著重要作用。但是生產(chǎn)實踐中有大量事例說明，這種維修體制已經(jīng)不能滿足日益增長地設備維護需求。電站迫切需要提高維修的針對性，降低設備維護的代價，使設備的安全性、可靠性更高更好。在社會需求及高速發(fā)展的科學技術帶動下，電力設備狀態(tài)檢修應運而生。而狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的發(fā)展又為狀態(tài)檢修的出現(xiàn)提供了支持。水力發(fā)電在我國能源生產(chǎn)中有著極為重要地地位。水電廠狀態(tài)檢修是水電廠科學技術和管理水平的重大進步，其經(jīng)濟效益和社會綜合效益不言而喻。水輪機調(diào)速器是水輪發(fā)電機組進行負荷和頻率調(diào)節(jié)的重要機構,調(diào)速系統(tǒng)的是否正常運行嚴重影響著發(fā)電機系統(tǒng)乃至整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行。所以，對水輪機調(diào)速器實現(xiàn)狀態(tài)檢修是充分發(fā)揮水電廠效益的重要因素。無論從企業(yè)自身利益著想還是以社會效益來衡量，對水輪機調(diào)速系統(tǒng)實行狀態(tài)檢修是勢在必行。

1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的內(nèi)涵

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是一個有機的整體。對運轉(zhuǎn)中的設備整體或其零部件的技術狀態(tài)進行檢查鑒定，以判斷其運轉(zhuǎn)是否正常，有無異常與劣化征兆，或?qū)Ξ惓Ｇ闆r進行追蹤，預測其劣化趨勢，確定其劣化及磨損程度等，這種活動就稱為狀態(tài)監(jiān)測。設備狀態(tài)監(jiān)測包括了各種主要的非破壞性檢查技術，如振動理論、噪音控制、振動監(jiān)測、應力監(jiān)測、腐蝕監(jiān)測、光譜分析及其他各種物理監(jiān)測技術等。設備技術狀態(tài)是否正常，有無異常征兆或故障出現(xiàn)，可根據(jù)監(jiān)測所取得的設備動態(tài)參數(shù)與缺陷狀況，與標準狀態(tài)進行對照加以鑒別。狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的基礎、先決條件及必要手段。而故障診斷則是綜合利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息診斷系統(tǒng)對已發(fā)生的故障進行定位和對故障發(fā)展程度進行判斷]。

狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)主要由以下部分組成：信號檢測、信號處理、狀態(tài)辨識和分類、監(jiān)測與診斷決策。目前正在研究并應用的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法有很多，包括觀測器法、奇偶空間法、參數(shù)估計法、頻譜分析法、故障征兆樹法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等?，F(xiàn)今用得較多的方法是觀測器法和參數(shù)估計法，而神經(jīng)網(wǎng)絡法由于其特有的優(yōu)勢和近幾年神經(jīng)網(wǎng)絡理論的研究成熟，將越來越廣泛的得到應用。

2 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的應用與發(fā)展狀況

監(jiān)測與診斷技術的發(fā)展有三個階段。①狀態(tài)監(jiān)測技術階段；②故障診斷階段；③現(xiàn)代化設備管理技術階段。狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷技術目前還未達到完善、可靠的程度,但是國內(nèi)外已有大量的研究機構以及企業(yè)單位對相關技術進行了研究，并有大量的相關產(chǎn)品問世。隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展，在線監(jiān)測儀表產(chǎn)品系列由簡單的監(jiān)測功能逐步走上了智能化的道路。

（1）國外發(fā)展狀況。國外的設備狀態(tài)檢修發(fā)展較早。70年代末，美國電力科學研究院（EPRI）就對電力設備的狀態(tài)檢修進行研究和應用。歐洲大多數(shù)國家也在同時期進行檢修體制的改革，方向也是狀態(tài)檢修。從20世紀70年代開始，發(fā)達國家開始在現(xiàn)場安裝使用的狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)有美國電力研究院（EPRI）設計的變電站的一體化系統(tǒng);美國中心發(fā)電部的渦輪監(jiān)測設備；日本三菱公司的機器健康監(jiān)測系統(tǒng)等。

到了20世紀90年代,隨著電子技術及計算機技術的迅猛發(fā)展，使設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)日趨成熟。各個發(fā)達國家相繼研制成功了一些比較先進的系統(tǒng),使故障診斷技術跨入了實用系統(tǒng)化的時代。如美國ENTEK科技公司的旋轉(zhuǎn)機械故障診斷專家系統(tǒng)（Explore）已廣泛應用于電力、石油化工等部門。其網(wǎng)絡化在線監(jiān)測系統(tǒng) Mpulse及電廠輔機設備的離線分析與診斷系統(tǒng)也已經(jīng)開始在現(xiàn)場應用。其機器狀態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng) Emoniter Odysse y不僅集成了多種測量技術，還具有完整的網(wǎng)絡功能和開放式系統(tǒng)設計等特點。德國西門子公司的 Siemens/KMU系統(tǒng)可用于對汽輪機、汽輪發(fā)電機及輔助設備進行全面的監(jiān)測和綜合分析，并對各部件進行故障識別和診斷。其他一些比較先進的系統(tǒng)，如美國的IRD公司的Amethyst自診系統(tǒng)、英國拉迪夫能源技術中心的Beran 750/760可移動式狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、芬蘭赫爾辛基 I V O維護中心的 Trendvib16系統(tǒng)等，也在90年代陸續(xù)投入現(xiàn)場使用。

總的來看，國外監(jiān)測與診斷理論的研究與實際應用都獲得了很大的成績。其產(chǎn)品越來越復雜，越來越龐大，主要表現(xiàn)在：分布式并行系統(tǒng)取代了集中式系統(tǒng)；系統(tǒng)的功能和性能由單純的監(jiān)測與診斷向著監(jiān)測、診斷、控制、管理、調(diào)度的集成化過渡；監(jiān)測范圍擴大到了幾乎所有的工況參數(shù)和運行參數(shù)。

（2）國內(nèi)發(fā)展狀況。我國在20世紀60年代已認識到狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的重要性,并開始著手這方面的研究工作。但是由于技術不夠完善、操作比較復雜等原因，沒有得到大力推廣。雖然我國在電力設備狀態(tài)檢修方面的工作還處于初步階段，但發(fā)展勢頭強勁，已經(jīng)有了許多成果。如：清華大學自1985年開始研究的電力設備放電在線監(jiān)測系統(tǒng)；水電機組的監(jiān)測分析系統(tǒng)產(chǎn)品有華中科技大學的HSJ系統(tǒng)；北京英華達公司的E N-8000；清華大學的P S T A系統(tǒng)等。近幾年，國內(nèi)許多生產(chǎn)電力設備的企業(yè)也都紛紛研制出一系列水電站狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)，在功能上與國外先進系統(tǒng)的差距已經(jīng)不明顯。但是，我們必須認識到，國內(nèi)的系統(tǒng)普遍存在系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較差的問題，制約了其推廣和應用。

近年來，我國大多數(shù)水電廠所安裝的監(jiān)測裝置能夠進行比較全面的監(jiān)測和分析。但是，由于水電機組及其調(diào)速系統(tǒng)的故障有其特殊性，除考慮機械方面的原因外，還要考慮流體動壓力和電氣的因素，這三者互相影響，關系復雜。因此，在水電機組和調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方面，還有很多工作有待于進一步研究。

（3）狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術存在的問題。在具體的研究和應用過程中，結合我國現(xiàn)狀，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術存在的不足和問題主要有：①對于速度快的設備，采樣速率過慢，無法獲取詳細的瞬態(tài)特征數(shù)據(jù)。②引進的監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)開放性不夠。由于通訊協(xié)議匹配，致使后續(xù)需要另行添加的分析診斷和決策軟件無法共享前端數(shù)據(jù)資源。③受技術條件限制，目前尚無成熟的全系統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。因此，在故障診斷中，很多需采集的信息還必須依賴于離線檢測。④現(xiàn)有的一些監(jiān)測系統(tǒng)，只能反映設備故障的發(fā)展趨勢，很難提供設備故障的類型及故障的危急程度。軟、硬件在不同程度上存在缺陷和不穩(wěn)定性，易引起誤報、錯報故障。⑤現(xiàn)有的監(jiān)測、診斷系統(tǒng)尚不能完全實現(xiàn)連續(xù)不斷實時監(jiān)測，所以對突發(fā)性故障不能準確、及時預報。

3 狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術未來發(fā)展方向

人工智能理論和計算機的發(fā)展為故障診斷技術的自動化、智能化提供了重要的先決條件。當前故障智能診斷的方法有兩大類:基于人工智能的專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡。為了提高診斷精度和效度，研究和采用非線性故障診斷技術是當前和今后的一個發(fā)展趨勢。

根據(jù)國內(nèi)外監(jiān)測與診斷技術的發(fā)展水平可以預見,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術其發(fā)展趨勢主要由簡易和單一監(jiān)測診斷向精密和綜合監(jiān)測診斷方向發(fā)展，向模塊化、高靈活性、高智能化發(fā)展。未來的監(jiān)測診斷系統(tǒng)不僅應能給出系統(tǒng)和設備的性能狀態(tài)信息,還應能判斷故障的性質(zhì)、產(chǎn)生的原因,以及發(fā)展趨勢,并能提供消除故障的決策和建議，使系統(tǒng)設備在發(fā)生故障的情況下,工作狀況得以恢復,性能狀態(tài)得到改變。它是一個利用全面的在線實時監(jiān)測技術，集故障診斷、故障分離與故障修復功能于一體的系統(tǒng)，并且可以對存在多個故障時的系統(tǒng)進行實時監(jiān)測與診斷，它使狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術具有更深遠的意義和廣泛的應用前景。

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