【摘要】潘口水電站單機(jī)容量達(dá)250MW，要適應(yīng)電站水頭變化幅度大、運行條件復(fù)雜的特點，其穩(wěn)定性問題受到各方面的廣泛關(guān)注，因而決定對機(jī)組運行狀態(tài)實施在線監(jiān)測分析，以便實時掌握機(jī)組的運行特性，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運行。本文詳細(xì)介紹了潘口水電站TN8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、特點、功能，以及自投運以來，在機(jī)組運行試驗數(shù)據(jù)分析、掌握機(jī)組運行特性、捕捉和分析事故等方面發(fā)揮的重要作用。

【關(guān)鍵詞】水電站；水輪發(fā)電機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測；振動

1.潘口水電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)概述

潘口水電站地處堵河干流上游河段，壩址位于湖北省十堰市竹山縣境內(nèi)，下距竹山縣城13km（公路里程）。大壩正常蓄水位355.0m，死水位330.0m，總庫容23.53億m3，調(diào)節(jié)庫容11.20億m3，具有完全年調(diào)節(jié)能力。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、航運等綜合利用效益。電站總裝機(jī)容量500MW，年利用小時數(shù)2157 h，保證出力86.7MW，多年平均發(fā)電量10.8億kW·h。

目前，潘口水電站兩臺機(jī)組全部安裝了北京華科同安公司開發(fā)生產(chǎn)的TN8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對潘口水電站機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點及運行特點，在測點布置、數(shù)據(jù)儲存、信號分析及狀態(tài)分析診斷等方面作了針對性的開發(fā)，并在機(jī)組安裝階段進(jìn)行了安裝，目前該系統(tǒng)自2012年5月先后在潘#1機(jī)組、潘#2機(jī)組上投運以來，對掌握機(jī)組的不穩(wěn)定工況區(qū)、機(jī)組變負(fù)荷特性、變水頭特性，進(jìn)行機(jī)組性能試驗，及時發(fā)現(xiàn)事故和分析事故原因，起到了重要的作用。

２.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集站由一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜和機(jī)柜內(nèi)相關(guān)設(shè)備組成，放置在每臺機(jī)組的機(jī)旁盤，主要負(fù)責(zé)各種信號的采集、存儲和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集站內(nèi)安裝有TN8001穩(wěn)定性數(shù)據(jù)采集箱、液晶顯示器及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示、分析和報警，并可實現(xiàn)機(jī)組的各種常見試驗功能。

狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲和管理從各數(shù)據(jù)采集站傳送過來的各種數(shù)據(jù)，可同時管理多臺機(jī)組的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)由實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，可實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的實時存儲和讀取。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝在主控室內(nèi)，由于與就地數(shù)據(jù)采集站之間距離較遠(yuǎn)，因此采用光纜通訊。

WEB服務(wù)器安裝在電廠在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與電廠MIS網(wǎng)之間，負(fù)責(zé)發(fā)布狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的各種數(shù)據(jù)及分析診斷結(jié)果。

3.監(jiān)測內(nèi)容

4.系統(tǒng)主要功能

潘口水電站TN8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可提供以下主要功能：

4.1穩(wěn)定性參數(shù)監(jiān)測分析

本系統(tǒng)可實時采集機(jī)組振動、擺度、壓力脈動等穩(wěn)定性參數(shù)，并在相關(guān)終端上以結(jié)構(gòu)示意圖、棒圖、數(shù)據(jù)表格、曲線等形式實時動態(tài)顯示所監(jiān)測的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。TN8000系統(tǒng)還提供時域波形分析、頻域分析、軸心軌跡圖、空間軸線圖、瀑布圖、相關(guān)趨勢分析等多種專業(yè)分析工具，分析機(jī)組的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，以評價機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運行時的狀態(tài)：

4.2過渡過程參數(shù)分析

TN8000系統(tǒng)提供了連續(xù)波形、波特圖、級聯(lián)圖、多軸心軌跡圖、相關(guān)趨勢圖等多種的分析工具，為分析和評價機(jī)組在啟停機(jī)、甩負(fù)荷、變勵磁、變負(fù)荷等過渡過程中的狀態(tài)提供有效分析手段。

4.3報警預(yù)警功能

針對潘口電站機(jī)組運行水頭變幅較大、運行工況復(fù)雜的特點，TN8000系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)了基于工況的報警預(yù)警技術(shù)，根據(jù)水頭、負(fù)荷、導(dǎo)葉開度等工況將機(jī)組運行狀態(tài)分成不同工況，在各工況下自動建立標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)和各工況報警值，提供限值報警、趨勢報警和樣本靶圖報警，可以有效實現(xiàn)機(jī)組異常現(xiàn)象的早期預(yù)警提示和故障報警。

4.4事故追憶

TN8000系統(tǒng)提供強(qiáng)大和完備的數(shù)據(jù)庫管理功能，可記錄機(jī)組出現(xiàn)異常信息前后的完整數(shù)據(jù)，確保機(jī)組發(fā)生事故時能提供完整、詳盡的數(shù)據(jù)供分析診斷。系統(tǒng)提供各種專業(yè)工具實現(xiàn)對事故數(shù)據(jù)的回放和分析。

4.5故障診斷

TN8000系統(tǒng)提供了一套針對潘口電站機(jī)組的故障診斷專家分析系統(tǒng)，可對水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的常見故障進(jìn)行診斷。

4.6性能試驗

利用TN8000系統(tǒng)，可以方便地輔助現(xiàn)場進(jìn)行各種試驗，并生成機(jī)組動、穩(wěn)態(tài)性能的試驗報告。

4.7優(yōu)化運行

系統(tǒng)通過一定時間的數(shù)據(jù)積累，自動統(tǒng)計各個工況下的穩(wěn)定性參數(shù)，逐步得到機(jī)組運行的良好工況區(qū)域，明確危險或不良工況區(qū)，從而指導(dǎo)機(jī)組盡可能避開危險工況區(qū)運行。

4.8狀態(tài)報告

TN8000系統(tǒng)全面支持狀態(tài)報告的制作，全面提供反映機(jī)組動穩(wěn)態(tài)特性和機(jī)組各部件運行狀態(tài)變化的運行報告，所有報告采用與Excel、Word等標(biāo)準(zhǔn)處理程序兼容的文件格式存儲。

4.9遠(yuǎn)程分析診斷

TN8000系統(tǒng)可方便地利用電廠局域網(wǎng)構(gòu)建廠級機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。設(shè)備管理工程師在網(wǎng)絡(luò)可及的范圍內(nèi)，即可方便地實現(xiàn)機(jī)組的在線監(jiān)測分析和診斷，隨時掌握機(jī)組的狀態(tài)，使其狀態(tài)監(jiān)測工作更加有效。用戶可以通過WEB瀏覽方式對機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和分析。

5.數(shù)據(jù)存儲策略

對狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)存儲和管理策略是需解決的核心技術(shù)。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理基本采用具有強(qiáng)大的檢索功能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如Oracle、SQL Server來進(jìn)行管理，但由于這些關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計重點在于解決并發(fā)查詢性能上，且數(shù)據(jù)不經(jīng)任何壓縮手段，因此用于存儲狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的大容量數(shù)據(jù)將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫可靠性降低、數(shù)據(jù)讀取和存儲速度較慢。實時數(shù)據(jù)庫適合于大容量數(shù)據(jù)存儲和實時性要求較高場合，因而適用于狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲管理。本系統(tǒng)針對邏輯數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點，采用了具有高效壓縮比的實時數(shù)據(jù)庫，可有效管理潘口電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測的大容量數(shù)據(jù)的存儲和讀取。

TN8000系統(tǒng)可根據(jù)機(jī)組運行狀態(tài)的變化形成不同的數(shù)據(jù)庫：實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、黑匣子數(shù)據(jù)庫、過渡過程數(shù)據(jù)庫和樣本數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采用了高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，可以長期存儲機(jī)組穩(wěn)態(tài)、過渡過程數(shù)據(jù)及高密度錄波數(shù)據(jù)。提供黑匣子記錄功能，可記錄機(jī)組出現(xiàn)異常信息前后的完整數(shù)據(jù)，確保機(jī)組發(fā)生事故時能提供完整、詳盡的數(shù)據(jù)供分析診斷。系統(tǒng)可自動建立各種工況下的樣本數(shù)據(jù)，并提供基于樣本的各種專業(yè)分析和診斷工具。

6.應(yīng)用情況

TN8000系統(tǒng)自2012年5月在潘口電站投運以來，積累了大量歷史數(shù)據(jù)，對掌握機(jī)組不穩(wěn)定工況區(qū)、機(jī)組變負(fù)荷特性、變水頭特性，進(jìn)行機(jī)組性能試驗，及時發(fā)現(xiàn)事故和分析事故原因，起到了重要的作用。

7.結(jié)束語

7.1潘口水電站機(jī)組運行工況復(fù)雜，水頭變幅較大，在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)只有做針對性的開發(fā)和設(shè)計，才能滿足電廠的實際需要。

7.2現(xiàn)場應(yīng)用表明，TN8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在掌握機(jī)組運行特性、捕捉和分析事故等方面可提供重要指導(dǎo)作用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］劉曉亭.大型水輪發(fā)電機(jī)組運行設(shè)備診斷與維護(hù)高效管理模式實驗研究.水力發(fā)電，1997.4.

［２］鄭松遠(yuǎn).水電廠實施狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù).全國大中型水電廠技術(shù)協(xié)作網(wǎng)，2005.11.