宋卓吏

國電電力發(fā)展股份有限公司太平哨發(fā)電廠

水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究新進展

宋卓吏

國電電力發(fā)展股份有限公司太平哨發(fā)電廠

設(shè)備狀態(tài)檢修是現(xiàn)階段世界上非常先進的設(shè)備檢修管理方式，此種方式能夠很好的避免由于計劃檢修造成的設(shè)備過度維修以及失修等問題，并且能夠快速、及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患以及缺陷，從而能夠更加針對性對設(shè)備進行維護保養(yǎng)，能夠為電廠帶來更好的經(jīng)濟效益。所以，基于現(xiàn)有水電機組的實際情況來研究設(shè)備的狀態(tài)檢測以及診斷系統(tǒng)的狀態(tài)檢修模式，對于提升水電廠相關(guān)設(shè)備診斷以及維護的效率具有非常重要的意義。

水電機組；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

在水電廠設(shè)備當(dāng)中，機電設(shè)備是對水電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有直接影響的設(shè)備機組，并且在水電機組的工程建設(shè)以及水電機組的運行中起著越來越重要的作用。隨著當(dāng)今社會的可持續(xù)發(fā)展理念的提出，為了讓水電廠更好地與社會發(fā)展相適應(yīng)，就必須加強水電廠機電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作。

1 水電機組故障發(fā)生的特點

水電機組故障發(fā)生的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：復(fù)雜性特點。水電機組的系統(tǒng)組成十分復(fù)雜，涉及到機械系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、水力系統(tǒng)等諸多內(nèi)容，在其運行過程中，機械、電磁、水力等因素均會對其運行狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而引發(fā)各種故障。具體而言，包括轉(zhuǎn)動部件失衡、部件脫落、法蘭連接松動等，故水電機組振動故障十分復(fù)雜；漸變性特點。水電機組在不同的運行階段，其所表現(xiàn)出來的故障問題也存在差異，與其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備相比，水電機組轉(zhuǎn)速相對較慢，在 100～200 轉(zhuǎn) /min 左右，因此水電機組突發(fā)性故障相對較少，振動故障是其常見故障，通常是由于長期磨損或疲勞導(dǎo)致的，經(jīng)過長期積累形成的，故體現(xiàn)出漸變性的特點。

2 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的范疇與現(xiàn)狀

水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個實時在線監(jiān)測水輪發(fā)電機組各部位運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化測量系統(tǒng)。它是區(qū)別于“計算機監(jiān)控系統(tǒng)”的電廠的一個獨立系統(tǒng)。狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的實施涉及到計算機、通信、電氣、機械、水力等多個專業(yè)多個學(xué)科，是一項系統(tǒng)工程。一個完整的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該包括對機組以下各部位的狀態(tài)進行監(jiān)測：機組相應(yīng)部位的振動、擺度、軸向位移、壓力脈動、空氣間隙、磁通密度、局部放電、水輪機空蝕、定子線棒振動、定轉(zhuǎn)子溫度、水輪機效率(流量)、主變壓器油色譜、勵磁系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備等。其一，監(jiān)測系統(tǒng)的研究和產(chǎn)品的研制取得了一定的進展。水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性(包括振動、擺度和壓力脈動)監(jiān)測和主變壓器油色譜的監(jiān)測技術(shù)基本成熟，已廣泛地應(yīng)用到各種水電廠，監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)重心已轉(zhuǎn)到發(fā)電機空間氣隙和磁場強度、發(fā)電機絕緣局放、定子線棒振動、水輪機空化氣蝕、水輪機效率等多種項目上來。其二，大多數(shù)早期建立的電廠，其機組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)比較單一，或是采取了多個項目的監(jiān)測，但是各項監(jiān)測相互獨立，此類電廠在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品的應(yīng)用和管理方面還存在很大完善空間。一些建廠時間晚的現(xiàn)代化大型水電廠，如葛洲壩電廠、隔河巖電廠等，其機組設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)更加全面，且有一定的分析診斷能力。

3 水電機組運行狀態(tài)檢測及故障診斷的主要內(nèi)容

3.1 水電機組運行穩(wěn)定監(jiān)測

水電機組運行穩(wěn)定性監(jiān)測包括以下幾種：進行機械振動監(jiān)測。振動故障是水電機組最常見、最突出的故障，通常常采用低頻振動速度傳感器及加速度傳感器進行監(jiān)測，其中采用電渦流位移傳感器、電容式非接觸位移傳感器監(jiān)測主軸擺度，并采用壓力傳感器進行水壓脈動監(jiān)測。具體監(jiān)測過程中要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況、機組型號及實際容量選擇監(jiān)測測點。通常并非所有機組均需進行全面的狀態(tài)在線監(jiān)測，因為多數(shù)機組故障發(fā)生均有特定的規(guī)律，且可反映出機組的安裝及運行歷史記錄中，因此出于節(jié)約成本、提高經(jīng)濟效益的角度，可根據(jù)機組的實際運行情況選擇最主要的狀態(tài)進行監(jiān)測。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測

在水電站運行過程中，調(diào)速系統(tǒng)是重要的組成部分，其主要功能是實現(xiàn)機組運行控制及速度、功率的調(diào)節(jié)等，包括機組的開停機、并網(wǎng)等。調(diào)速系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測的主要對象包括調(diào)速器系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)運行設(shè)備，其主要內(nèi)容包括控制參數(shù)、靜態(tài)特征參數(shù)、動態(tài)特征參數(shù)、機組控制參數(shù)等等。調(diào)速系統(tǒng)運行的可靠性會對水電站、電網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)安全產(chǎn)生直接影響。不過現(xiàn)階段專門針對調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)研究還相對較少，多采用傳統(tǒng)的檢修方法。我國研究出一種水輪機調(diào)速系統(tǒng)仿真測試裝置，其具備系統(tǒng)仿真、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等功能，相信隨著水電機組故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，針對調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測的故障診斷技術(shù)也會得到迅速發(fā)展。

3.3 建立起合適的專家系統(tǒng)

對于水電機組運行設(shè)備狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)來說，需要注意的內(nèi)容包括：①明確與我國實際情況相符合的水電機組故障診斷模式；②按照水電機組檢測專家系統(tǒng)的建設(shè)基本原則來確定出專家系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。水電機組運行設(shè)備診斷模式能夠很好的建立起工程專家以及診斷專家的聯(lián)系，診斷模式直接決定了專家系統(tǒng)的推理機制以及控制策略等相關(guān)問題。從現(xiàn)階段來看，我國已經(jīng)建立起了很多的診斷模式和相應(yīng)的專家系統(tǒng)，在實際的應(yīng)用過程中也取得了一定的成績，但是因為這些系統(tǒng)自身存在著一定的問題造成達不到真正診斷的目的，并且也不能真正反映出機組的運行特性以及運行規(guī)律，不能清楚的辨識出機組的故障位置以及嚴(yán)重程度等等。另外，系統(tǒng)的智能化程度相對較低，造成診斷結(jié)果不能很明確的表示出來，更多是依靠工程師的技術(shù)水平。所以要更加深入的研究適合我國水電機組自身特性以及故障特性的診斷模型，在此基礎(chǔ)上才能建立起準(zhǔn)確可靠、真實可信的專家系統(tǒng)。

綜上所述，線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷通過對機組各種狀態(tài)信息的實時監(jiān)測，捕捉早期故障征兆，根據(jù)其發(fā)展趨勢和歷史記錄，對機組進行實時故障分析，有利于水電廠制定合理的設(shè)備檢修計劃，對提高水電機組運行安全可靠性和經(jīng)濟性具有重大意義。

[1] 劉娟，潘羅平，桂中華，周葉. 國內(nèi)水電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

[2] 聶學(xué)兵.水電廠機電設(shè)備狀態(tài)檢修可行性初探[J].民營科技，2013(12).

[3] 唐擁軍，潘羅平. 游程編碼壓縮技術(shù)在水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 大電機技術(shù)，2010(2).