311600 國網(wǎng)新源控股有限公司新安江水力發(fā)電廠 浙江 杭州|鄧金榮

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水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷與識(shí)別

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水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中各部件的安全性和壽命的長短直接關(guān)系著電廠的經(jīng)濟(jì)效益，但是機(jī)組發(fā)生故障又是不可避免的，而振動(dòng)的存在是故障發(fā)生的重要原因，因此要解決機(jī)組的故障問題必須要找到導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)的原因。對此，本文對水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷與識(shí)別方法簡要分析，以期為機(jī)組實(shí)際故障排查工作提供參考經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：故障診斷；振動(dòng)；識(shí)別

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)故障在機(jī)組運(yùn)行中是十分常見的，也是極其嚴(yán)重的，其會(huì)引起機(jī)組結(jié)構(gòu)的疲勞，除此以外，還會(huì)造成轉(zhuǎn)輪和固定導(dǎo)葉等部件裂紋的產(chǎn)生，對于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和電廠的效益有較大的影響。如果想徹底解決機(jī)組的振動(dòng)問題，就必須對機(jī)組振動(dòng)有著清晰的認(rèn)識(shí)能并找出其發(fā)生的根本原因。然而水輪發(fā)電機(jī)組是一個(gè)相對復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，造成其振動(dòng)的原因也較多，除了要考慮機(jī)組旋轉(zhuǎn)部分和固定部分的振動(dòng)外，還要考慮水力等因素對機(jī)組振動(dòng)的影響如葉道渦的作用等。因此，機(jī)組的振動(dòng)故障分析是十分復(fù)雜的，為了保證機(jī)組的正常運(yùn)行，我們需要對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)做好監(jiān)測工作，要能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障并做好相應(yīng)的維修工作，進(jìn)而保障水輪機(jī)組的正常運(yùn)行。

水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和工作原理

水輪機(jī)是一種將水的位能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其組成部分有進(jìn)水閥、勵(lì)磁裝置、推力軸承、轉(zhuǎn)子、機(jī)架、定子、調(diào)速系統(tǒng)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪等。常見的水輪機(jī)主要分兩種：同步水輪機(jī)和異步水輪機(jī)。我國的水電站內(nèi)主要采用同步水輪機(jī)，其工作原理在理論上十分簡單，就是利用轉(zhuǎn)輪將水的位能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能的一個(gè)過程，但是機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行卻是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。在水輪機(jī)中，水流由導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制，通過控制水的流量從而可以控制水輪機(jī)的功率，可以根據(jù)用電量的需求合理的調(diào)整功率。

水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)故障的特點(diǎn)

a水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特殊

水輪發(fā)電機(jī)組主要分為立式和臥式兩種。通常大中型水輪機(jī)組選擇立式，而小型的水輪機(jī)組選擇臥式。水輪機(jī)本身結(jié)構(gòu)的特殊性導(dǎo)致了其振動(dòng)故障也相對較為復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)上看機(jī)組的軸領(lǐng)和軸瓦之間具有一定的間隙而不是固定不動(dòng)的，這一原因就導(dǎo)致了機(jī)組大軸在導(dǎo)瓦間可以有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，而且運(yùn)動(dòng)軌跡多變。

b振動(dòng)故障的漸變性

水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速同其他的旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比并不高，因此其振動(dòng)故障的發(fā)生一般表現(xiàn)為漸變性和損耗性，具體來說，是由一定的量變引發(fā)質(zhì)變的過程，而關(guān)于突發(fā)性的事故通常較少。因此在機(jī)組平時(shí)的運(yùn)行中，我們要對其進(jìn)行定期維護(hù)。

c振動(dòng)故障的多樣性

發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)并不是由單一的原因引起的，其誘發(fā)的原因是多種多樣的，比如機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)、水力振動(dòng)等都是引發(fā)水輪機(jī)組振動(dòng)的原因。所以在檢測分析機(jī)組的振動(dòng)時(shí)，我們要對多種因素進(jìn)行考慮。

振動(dòng)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前的水電機(jī)組正向大型化發(fā)展，單機(jī)容量也不斷增大，因此給機(jī)組的檢修工作帶來了很大的挑戰(zhàn)?？梢哉f，機(jī)組系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定的運(yùn)行直接關(guān)系到了機(jī)組的正常運(yùn)行，同時(shí)影響到了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以我們要時(shí)時(shí)對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)對機(jī)組的故障問題及時(shí)的進(jìn)行分析和維護(hù)。

a系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從功能上可以分為三個(gè)部分，即數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測和故障診斷。狀態(tài)檢測中要依據(jù)前端數(shù)據(jù)分析出機(jī)組的工作狀態(tài)，為后臺(tái)的中央機(jī)構(gòu)提供運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告。狀態(tài)檢測的工作主要為簡單的分析包括啟停狀態(tài)分析、運(yùn)行狀態(tài)分析，打印監(jiān)視到的圖像和狀態(tài)報(bào)告的數(shù)據(jù)等；分析診斷部分則會(huì)將收集到的信息進(jìn)行分析和總結(jié)，并提出相應(yīng)的解決方案。

b硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和下機(jī)位設(shè)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，我們利用數(shù)據(jù)采集單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的監(jiān)測來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并且可設(shè)計(jì)多于2套的傳輸系統(tǒng)，來確保在其中一臺(tái)發(fā)生故障的時(shí)候，另一臺(tái)可以保證數(shù)據(jù)的傳輸。關(guān)于下機(jī)位的設(shè)計(jì)要合理協(xié)調(diào)好各個(gè)機(jī)組的關(guān)系，各個(gè)機(jī)組信號(hào)的采集和處理都需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜在其附近，機(jī)柜內(nèi)部的電源要能保證各個(gè)單元的用電需求。

圖1　 故障診斷的基本流程

振動(dòng)故障的識(shí)別與診斷

水輪機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行是判斷發(fā)電機(jī)組性能的重要參數(shù)。隨著現(xiàn)在大型機(jī)組的使用，對機(jī)組的穩(wěn)定性提出了更高的要求。假如不及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并維護(hù)好機(jī)組的穩(wěn)定性，那么事故的發(fā)生率會(huì)大幅度的提升。因此對機(jī)組的穩(wěn)定性進(jìn)行診斷是非常必要的。

關(guān)于水輪機(jī)組振動(dòng)的診斷技術(shù)目前已經(jīng)較為成熟，當(dāng)前多數(shù)企業(yè)采用的診斷方法為專家系統(tǒng)診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法及模糊法等。由于水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)成因是較為復(fù)雜的，其具有以下的特點(diǎn)：分布不均勻、復(fù)雜多樣、不規(guī)則性、漸變性等。

a診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)組的振動(dòng)特點(diǎn)本檢測系統(tǒng)主要是以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則為前提的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。這樣做的好處在于可以將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家的診斷相結(jié)合，以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確率，進(jìn)而有效的減少機(jī)組振動(dòng)等問題。該系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分構(gòu)成，即在線故障自動(dòng)診斷和離線故障自動(dòng)診斷。其診斷的基本流程如圖1所示。

b 常見故障診斷的知識(shí)的獲取

機(jī)組故障問題知識(shí)的獲取是分類別的，比如設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)、操作規(guī)范等方面的知識(shí)，并可以從技術(shù)規(guī)程及設(shè)計(jì)文件等中獲取。本系統(tǒng)的診斷知識(shí)是在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的，下面表1以水導(dǎo)擺度報(bào)警為例舉出。

c征兆提取和信號(hào)分析

征兆的提取是相當(dāng)關(guān)鍵的，其對診斷的速度和準(zhǔn)確性有著直接的影響。要想在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確得出診斷結(jié)果，我們需要采用有效方法并通過各種的途徑以得到更多有效的征兆。對此，信號(hào)的分析就是一種行之有效提取征兆的方法，因此我們必須對信號(hào)進(jìn)行全方面的分析。

結(jié)語

在水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題，進(jìn)過分析我們發(fā)現(xiàn)這些問題主要是由振動(dòng)引起的，因此掌握振動(dòng)產(chǎn)生的原因?qū)τ跈C(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。對此，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)操作人員要時(shí)刻關(guān)注其狀態(tài)，一旦發(fā)生故障要及時(shí)提出解決意見，以防事故擴(kuò)大造成企業(yè)更大的經(jīng)濟(jì)損失。

參考：

［1］張曉莉.基于 WSNs 的水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2012

［2］代 紅.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用［D］.三峽大學(xué)，2012

［3］吳長利，王輝斌.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型及維護(hù)［J］.湖南電力，2011

鄧金榮（1984.10.22-），女，湖北鐘祥，漢族，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：水輪發(fā)電機(jī)組檢修與管理。