張智

摘 要：在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的影響下，工程技術(shù)相關(guān)的設(shè)備和儀器也得到了相應(yīng)的發(fā)展。為了確保設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)提出更高的要求，尤其是水輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。闡述了水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)的基本原理，簡(jiǎn)單介紹了水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)模塊的設(shè)計(jì)內(nèi)容，并對(duì)系統(tǒng)中優(yōu)化和維護(hù)的主要功能進(jìn)行了全面的研究，以期為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；優(yōu)化維護(hù)模塊；故障診斷

中圖分類號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.098

設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是確保企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的重要前提，如果設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生故障，不僅會(huì)使企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)危害到相關(guān)人員的生命安全。為了有效控制設(shè)備發(fā)生故障的概率，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，就需要相關(guān)企業(yè)在系統(tǒng)的優(yōu)化和維護(hù)方面投入更多的精力。在過(guò)去的二十年里，我國(guó)的系統(tǒng)設(shè)備故障診斷水平得到了顯著的提高，全新的優(yōu)化和維護(hù)觀念在航天、發(fā)電、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域均發(fā)揮了重要的作用，極大地提高了經(jīng)濟(jì)效益。水電站作為我國(guó)電力行業(yè)的主體，其發(fā)電的穩(wěn)定性對(duì)電力供應(yīng)而言具有十分重要的意義。隨著水電站的不斷發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因此，對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化和維護(hù)是非常有必要的。

1 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化維護(hù)的原理

無(wú)論哪一種機(jī)械設(shè)備，在發(fā)生故障之前都會(huì)有一定的預(yù)兆和特征。這是由于設(shè)備從正常工作到非正常工作是一個(gè)具有一定特征的過(guò)程。此過(guò)程能用P-F曲線直觀地表現(xiàn)出來(lái)，相關(guān)的P-F曲線如圖1所示。以水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的間隙故障為研究對(duì)象，如果系統(tǒng)在正常條件下運(yùn)行，水輪機(jī)的調(diào)速單元可根據(jù)相關(guān)的控制指令進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)操作。在調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)，頻率和開度會(huì)出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，這就是造成系統(tǒng)設(shè)備故障的主要原因，可稱為故障萌發(fā)點(diǎn)。此時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備處于故障的萌發(fā)期，還未表現(xiàn)出明顯的故障特征。但如果此時(shí)沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行必要的檢查和處理，故障就會(huì)進(jìn)一步加劇，此時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備的頻率和開度的波動(dòng)程度會(huì)迅速增大，此時(shí)系統(tǒng)設(shè)備處在潛在故障點(diǎn)區(qū)域，系統(tǒng)設(shè)備會(huì)表現(xiàn)出一定的故障特征，可運(yùn)用對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)機(jī)對(duì)故障的變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。如果系統(tǒng)設(shè)備的故障沒(méi)有得到有效的處理，就會(huì)使水輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)逐漸喪失速度調(diào)節(jié)的能力，此時(shí)系統(tǒng)設(shè)備處于故障點(diǎn)。故障點(diǎn)表示系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損壞。通常情況下，系統(tǒng)設(shè)備從故障萌發(fā)點(diǎn)到故障點(diǎn)需要一定的時(shí)間，通過(guò)查看系統(tǒng)設(shè)備頻率和開度的變化趨勢(shì)，就可對(duì)系統(tǒng)設(shè)備中發(fā)生故障的位置和特性進(jìn)行綜合診斷。

2 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化維護(hù)模塊的設(shè)計(jì)

如今，我國(guó)水電站的控制系統(tǒng)正趨于完善，同時(shí)還具有健全的管理功能，但在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，控制系統(tǒng)和管理功能并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)有效的融合和聯(lián)系，而且水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的維護(hù)功能并不能滿足實(shí)際的需求，甚至還沒(méi)能從維修體系中完全脫離出來(lái)。因此，對(duì)于水輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)而言，提出完善、科學(xué)的優(yōu)化和維護(hù)模塊的設(shè)計(jì)手段具有非常重要的意義。

2.1 基本結(jié)構(gòu)

對(duì)于正處在運(yùn)行中的水電站而言，要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和維護(hù)模塊的設(shè)計(jì)，首先必須要掌握水電站的實(shí)際情況，并不能一味地舍棄現(xiàn)有的系統(tǒng)，而運(yùn)用全新的CMM系統(tǒng)。設(shè)計(jì)必須在充分利用水電站現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行，盡量維持系統(tǒng)的原樣，結(jié)合實(shí)際所需添加適量的傳感裝置和執(zhí)行裝置，并充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而達(dá)到整合系統(tǒng)的目的。水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中優(yōu)化維護(hù)模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。在該系統(tǒng)中，通過(guò)通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)維護(hù)信息的資源共享，有效減少了系統(tǒng)中不必要的浪費(fèi)，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 硬件組成

在優(yōu)化維護(hù)模塊中，通常需要具備系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和故障診斷單元，這兩部分在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、故障診斷等方面的內(nèi)容，并以PC104控制總線為核心，運(yùn)用先進(jìn)的通信方式準(zhǔn)確獲取關(guān)于診斷和處理的信息。對(duì)于那些沒(méi)有采集處理的信息，會(huì)在傳感器中進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)量，同時(shí)將處理完后的信息和指標(biāo)傳輸?shù)剿娬镜目刂浦行模瑥亩鵀槿蘸蟮脑\斷工作提供依據(jù)。

在優(yōu)化和維護(hù)模塊的執(zhí)行中心當(dāng)中，需要運(yùn)用到性能強(qiáng)勁的PC機(jī)，并安裝配套的軟件，從而為故障診斷、數(shù)據(jù)知識(shí)儲(chǔ)備等功能提供實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)。不僅如此，該系統(tǒng)還會(huì)使用以太網(wǎng)（Ethernet）對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行連接，使系統(tǒng)資源共享成為可能。

2.3 軟件支持

在優(yōu)化維護(hù)模塊中，不僅需要高性能的硬件支撐，還需要對(duì)應(yīng)的軟件加以輔佐。通常情況下，對(duì)于狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和故障診斷單元而言，會(huì)運(yùn)用到RTlinux操作平臺(tái)，并使用C語(yǔ)言的相關(guān)內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和拓展。RTlinux操作平臺(tái)具有顯著的多線程特點(diǎn)，在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)信息采集和故障處理時(shí)具有十分顯著的效果。另外，此平臺(tái)還會(huì)在一定程度上支持以太網(wǎng)的連接。

優(yōu)化和維護(hù)模塊執(zhí)行中心PC機(jī)的主要操作系統(tǒng)為Windows 2000 Server，為滿足對(duì)應(yīng)軟件開放的要求，需采用Visual C++ 6.0作為主要的開發(fā)工具。軟件開發(fā)時(shí)，盡量拓寬軟件的實(shí)際功能，從而提高優(yōu)化和維護(hù)模塊的性能。

3 調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化維護(hù)模塊的基本功能

3.1 分析與測(cè)試

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化維護(hù)模塊可以為用戶提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括轉(zhuǎn)速、水壓等方面的實(shí)際參數(shù)。該模塊的每個(gè)通道都可以根據(jù)實(shí)際要求在線調(diào)節(jié)和設(shè)置預(yù)警限度。同時(shí)，該模塊還可以對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的個(gè)性參數(shù)實(shí)施在線測(cè)量。這是傳統(tǒng)檢修系統(tǒng)無(wú)法做到的，通過(guò)對(duì)個(gè)性參數(shù)的測(cè)量和分析，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備故障位置的準(zhǔn)確定位。

3.2 故障的診斷

系統(tǒng)設(shè)備故障的診斷是優(yōu)化維護(hù)模塊的根本任務(wù)，該模塊實(shí)際上就是一種以診斷知識(shí)為基礎(chǔ)的智能系統(tǒng)，因此，診斷知識(shí)庫(kù)在該智能系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用。另外，由于該模塊在診斷時(shí)，通常需要建立故障模型，因此，建模技術(shù)也是十分關(guān)鍵的。

為了加快優(yōu)化維護(hù)模塊的完善進(jìn)度，該模塊還為會(huì)商環(huán)節(jié)提供了專門的子系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備故障診斷的專家可結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)診斷知識(shí)庫(kù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的擴(kuò)充或整改，并對(duì)仿真模型進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整，從而提高系統(tǒng)設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性。

3.3 知識(shí)的管理

為確保系統(tǒng)設(shè)備故障診斷結(jié)果的真實(shí)性，必須要具備豐富的診斷知識(shí)。優(yōu)化維護(hù)模塊不僅可以對(duì)診斷知識(shí)進(jìn)行有效的管理和儲(chǔ)備，還可對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的個(gè)性參數(shù)、故障實(shí)情進(jìn)行全面的整合與處理，從而提高優(yōu)化維護(hù)模塊故障診斷的可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了找到水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)的全新方法，還需要在利用有限資源的基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和診斷知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)充分融入到優(yōu)化和維護(hù)模塊的建設(shè)中去，完成傳統(tǒng)維修手段無(wú)法完成的任務(wù)。相信通過(guò)不斷的努力，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化和維護(hù)水平會(huì)上升到一個(gè)新的高度。

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〔編輯：王霞〕