【摘要】開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是有效避免設(shè)備事故發(fā)生，延長使用壽命和節(jié)約維修費用的重要手段之一，可為設(shè)備維修提供科學(xué)決策與技術(shù)支持。本文主要對水電機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)及發(fā)展趨勢進行分解析。

【關(guān)鍵詞】水電機組；狀態(tài)監(jiān)測；技術(shù)；發(fā)展

隨著狀態(tài)檢修概念的普及，水電機組的在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)也得到電力企業(yè)大力推廣。在水電站中，要實現(xiàn)對水電機組狀態(tài)的實時監(jiān)測，掌握設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。在水電站水電機組檢修中，掌握設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)趨勢十分重要。

1、水電機組的狀態(tài)監(jiān)測概述

水電機組的狀態(tài)監(jiān)測主要是指通過對表征機組運行狀態(tài)的參量實行監(jiān)測，以便運行人員及時了解機組的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取措施處理，從而減少事故的發(fā)生和損失，保證安全經(jīng)濟運行。通過對機組運行狀態(tài)的監(jiān)測，為制訂大、小修計劃和方案提供數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持。水電機組的運行狀態(tài)與水力、機械、電氣等因素都有直接的關(guān)系，狀態(tài)監(jiān)測也涉及多種參數(shù)和方法。同時，通過引入其他系統(tǒng)，如監(jiān)控系統(tǒng)油溫、瓦溫、油位及冷卻水溫度等變化較慢的過程量數(shù)據(jù)，以及有功功率、轉(zhuǎn)速、水頭等工況參數(shù)，使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)C組運行狀態(tài)有較為全面的了解和評估。目前，國內(nèi)外應(yīng)用較多、技術(shù)較為成熟和實用的水電機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)包括：機組穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)、發(fā)電機局放監(jiān)測技術(shù)、發(fā)電機氣隙和磁場強度監(jiān)測技術(shù)、水輪機效率監(jiān)測技術(shù)、主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)等。另外，近年來轉(zhuǎn)子紅外測溫等技術(shù)也逐漸走向成熟和實用。

2、水電機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

2.1機組穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)主要適用于水電機組的機械振動的監(jiān)測。監(jiān)測的內(nèi)容主要包括主結(jié)構(gòu)振動、水壓脈動、主軸承的擺動幅度等。針對每項技術(shù)參數(shù)都采用特定的傳感器進行監(jiān)測。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將各個傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行匯總、分類、分析，判斷機組的穩(wěn)定性。需要指出的是，根據(jù)機組型號及容量的不同，監(jiān)測點并不是一概而論的。實際應(yīng)用中，一般根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定監(jiān)測點的位置和數(shù)量。目前國內(nèi)關(guān)于機組穩(wěn)定性監(jiān)測方面的研究，已經(jīng)有較為成熟的數(shù)據(jù)。定子繞組所承受的電動力與電流的二次方成正比，所以當(dāng)發(fā)電機的單機容量增加時，這種電動力也會成倍的增加。值得注意的是，當(dāng)定子繞組的端部長時間處于100 Hz振動的環(huán)境下，再加上如果固定的較差，則很可能短期內(nèi)被嚴(yán)重磨損，甚至達到擊穿的臨界。此外，由于大朝山水電站發(fā)生的轉(zhuǎn)輪葉片和卡門渦之間的共振，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪葉片轉(zhuǎn)速過快而引起的葉片裂縫現(xiàn)象，人們不得不對此類共振現(xiàn)象進行細致而有針對性的研究。由此取得一系列的研究成果已經(jīng)在國內(nèi)的一些大型水電站得到了實際的應(yīng)用，在一定程度上推動了機組穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟。

2.2空氣間隙與磁場強度監(jiān)測技術(shù)

國內(nèi)針對水輪發(fā)電機空氣間隙監(jiān)測技術(shù)的研究起步較晚，而且沒有得到足夠的重視，導(dǎo)致現(xiàn)在仍然沒有一種成功的實際應(yīng)用系統(tǒng)。但是隨著水電機組監(jiān)測技術(shù)大發(fā)展的需求，我國的一些大型的水電廠，例如三峽、二灘等，陸續(xù)引進了上面提到的AGMS系統(tǒng)的一些子模塊或者整個系統(tǒng)引進，并嘗試著在一些機組上安裝、運行，也取得了一些應(yīng)用經(jīng)驗。

2.3發(fā)電機局部放電監(jiān)測技術(shù)

定子繞組的絕緣老化所造成的故障占水電機組電氣故障的五分之二，而電氣故障在水電機組全部故障中占到一半左右。所謂局部放電，指的是水輪發(fā)電機定子繞組絕緣層的內(nèi)部或邊緣發(fā)生的非貫穿性放電現(xiàn)象。在高壓絕緣環(huán)境中，系統(tǒng)中的一些小空隙或者表面都有較大幾率產(chǎn)生局部放電。實際中，定子繞組一直處于高溫、高壓以及各種化學(xué)物質(zhì)和機械振動影響的環(huán)境中，對其絕緣水平要求較高。時間久了，絕緣老化、磨損都會增加局部放電的幾率，破壞定子繞組的絕緣系統(tǒng)。所以，很有必要對定子繞組的絕緣放電進行在線監(jiān)測，以便盡早發(fā)現(xiàn)故障并及時解決，避免導(dǎo)致機組運行事故的發(fā)生。

2.4主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)

變壓器的內(nèi)部故障主要包括過熱引起的故障、放電引起的故障以及絕緣受潮失靈導(dǎo)致的故障等類型。早期發(fā)現(xiàn)及鑒別電力變壓器故障的主要方法是對變壓器中的氣體進行色譜分析。發(fā)展到后來，陸續(xù)出現(xiàn)了氣相色譜分析、光聲光譜分析等方法。氣相色譜分析法是一種離線分析方案，主要應(yīng)用在實驗室環(huán)境中，目前應(yīng)用比較廣泛而且技術(shù)已經(jīng)相對成熟。

光聲光譜技術(shù)的最終目的是得到某種氣體的含量，主要采用的原理是不同的氣體分子可以由不同波長的紅外線進行激發(fā)，然后通過測量封閉容器中氣體的壓力大小，得到某種確定氣體的含量。該種技術(shù)的主要代表產(chǎn)品是英國凱爾曼有限公司研制的TRANSPORT X（便攜型）變壓器油氣監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對8種氣體產(chǎn)生的故障進行量測，能夠最大程度的克服傳統(tǒng)分析法中干擾分析的弊端。

2.5水輪機空蝕監(jiān)測技術(shù)

空蝕是影響水輪機正常運行的主要威脅之一，既可以影響整個發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，也會降低機組運行的穩(wěn)定性。清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等開發(fā)了一種基于超聲波傳感器的水輪機空蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，為在線監(jiān)測與診斷水泵和水輪機的空蝕現(xiàn)象提供了簡捷易行的手段，但還不能有效的診斷機組空蝕強度，其監(jiān)測數(shù)據(jù)只能作為運行中的輔助分析工具。

3、水電機組狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展趨勢

目前水電廠中的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)仍然局限在實現(xiàn)某一種特定功能上，各個獨立的功能模塊的監(jiān)測結(jié)果的共享性較差，監(jiān)測內(nèi)容單一，各自獨立，很難全面的掌握整個水電機組的運行狀態(tài)，存在嚴(yán)重的重信息采集、輕狀態(tài)分析的問題，目前急需一種綜合的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和綜合分析。

近幾年計算機信息技術(shù)和傳感器測量技術(shù)得到了極大的發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術(shù)逐步成為各能源企業(yè)的熱門話題，通過對發(fā)電設(shè)備各方面狀態(tài)的監(jiān)測和分析，積累大量的設(shè)備運行信息，再結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)學(xué)建模和邏輯推理，實現(xiàn)設(shè)備的故障自動或智能診斷，最終破除當(dāng)前設(shè)備計劃檢修的舊路，實現(xiàn)按照設(shè)備的狀態(tài)來進行靈活檢修，既減少了檢修部門的負(fù)擔(dān)，又能減少機組停機時間，從而帶來豐厚的經(jīng)濟效益。

對現(xiàn)階段的水電站機組進行認(rèn)真研究分析，并在原來的基礎(chǔ)上對相關(guān)監(jiān)測內(nèi)容進行完善，尤其是那些能夠為機組的安全運行提供關(guān)鍵性信息幫助的主要監(jiān)測內(nèi)容，我們必須要及時對其進行優(yōu)先完善。在選擇機組監(jiān)測參量的過程中，不管監(jiān)測數(shù)量是多少，都應(yīng)該要對其監(jiān)測的必要性以及監(jiān)測的可能性進行綜合分析。必要性分析也就是要求監(jiān)測工作的開展要有利于對機組運行狀況進行了解，可能性則要求選取的參量要具備相應(yīng)的有效監(jiān)測技術(shù)。通過這種方式，實現(xiàn)診斷必要性以及技術(shù)可能性的有效結(jié)合，提高機械選擇的科學(xué)性和合理性，切實將電氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)各項性能參數(shù)納入機組狀態(tài)監(jiān)測的重要內(nèi)容，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)故障，準(zhǔn)確識別故障，有效解決故障問題。

4、結(jié)語

對于水電機組狀態(tài)監(jiān)測來說，受多種多樣因素的影響，例如作業(yè)人員素質(zhì)、監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測效果等。本文在結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對水電機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進行了總結(jié)和分析，并針對性的提出了加強水電機組狀態(tài)監(jiān)測的對策。

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