萬散杭

摘 要：文章在闡述水電廠機電設(shè)備狀態(tài)檢修對其安全穩(wěn)定運行的重要意義以及機檢點設(shè)備狀態(tài)檢修存在問題的基礎(chǔ)上，重點介紹了水電廠機電設(shè)備中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)，最后提出實現(xiàn)機電設(shè)備狀態(tài)檢修的有效途徑，為相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水電廠；機電設(shè)備；狀態(tài)檢修；監(jiān)測技術(shù)

引言

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 我國水電廠機電設(shè)備狀態(tài)檢修概況

1.1 機電設(shè)備狀態(tài)檢修的必要性

對機電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修，能實現(xiàn)對故障診斷系統(tǒng)的實時在線監(jiān)測，達(dá)到在設(shè)備運行期間對設(shè)備信息的全天候采集，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行全天候的監(jiān)測，從而實現(xiàn)對設(shè)備隱患的及時發(fā)現(xiàn)、分析和診斷，為及時檢修提供支持，降低安全隱患帶來的損失，節(jié)約檢修成本，提高運行效率和所得利益，同時在最大程度上保障周邊人們的生活不受影響。

1.2 當(dāng)前機電設(shè)備狀態(tài)檢修存在的問題

檢測設(shè)備功能分散。在目前水電廠機電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作中，主要偏向于對機電設(shè)備的狀態(tài)分析，對全面的故障診斷技術(shù)、對未來狀態(tài)的預(yù)測等內(nèi)容很少涉及；狀態(tài)檢修系統(tǒng)冗余。由于機電設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)功能分散問題明顯，導(dǎo)致在當(dāng)今的機電設(shè)備檢修系統(tǒng)中存在很多孤立系統(tǒng)，難以與整個水電廠監(jiān)控系統(tǒng)有機整合，缺乏信息共享性，資源利用效率低；診斷故障方法單一。將機組的振動信號或者擺度信號作為機電設(shè)備狀態(tài)分析的主要依據(jù)，沒能將影響水電機組狀態(tài)的影響因素全面考慮在范圍之內(nèi)，診斷的針對性低。

2 水電廠機電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)

2.1 機組穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)

在監(jiān)測水電機組的機械振動時常用的技術(shù)即機組穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)，主要包括對主結(jié)構(gòu)振動、水壓脈動、主軸承的擺動幅度等的監(jiān)測。在對每項技術(shù)參數(shù)采用特定的傳感器進(jìn)行有針對性的檢測的基礎(chǔ)上，匯總各個傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類、分析，為判斷機組的穩(wěn)定性提供數(shù)據(jù)支持。在實際的監(jiān)測時，要根據(jù)不同的機組型號及容量，有針對性的根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)置監(jiān)測點的位置和數(shù)量。

2.2 水輪機空蝕監(jiān)測技術(shù)

空蝕會對整個發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率產(chǎn)生影響，使機組運行的穩(wěn)定性降低，從而影響整個水輪機的正常運行。當(dāng)前我國空蝕技術(shù)的主要體現(xiàn)是一種基于超聲波傳感器的水輪機空蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，使對水泵和水輪機的空蝕現(xiàn)象的在線監(jiān)測與診斷變得簡捷易行。但是這套監(jiān)測系統(tǒng)功能較為局限，缺乏對整個水電機組運行狀態(tài)的全面性掌握，不能進(jìn)行機組空蝕強度的有效診斷，只能將監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輔助分析工具為狀態(tài)檢修提供參考。因此，一套綜合的監(jiān)測系統(tǒng)需要被研發(fā)出來，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和機電運行狀態(tài)的綜合分析。

2.3 空氣間隙與磁場強度監(jiān)測技術(shù)

在量測水輪發(fā)電機組的空氣間隙和磁場強度時，主要是應(yīng)用平板電容式傳感器完成的，計算機技術(shù)承擔(dān)著整個過程的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示工作。氣隙采用的電容式位移傳感器能將兩個平面之間的距離通過傳感器平板與被測表面之間的等效電容的變化反映出來，傳感器的形式是平板，安裝在定轉(zhuǎn)子之間最適宜。要以發(fā)電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)配置水輪發(fā)電機氣隙傳感器監(jiān)測數(shù)量，對于直徑小于7.5m時的轉(zhuǎn)子要配置4個傳感器，轉(zhuǎn)子大于7.5m時配置8個傳感器，當(dāng)機組的發(fā)電機轉(zhuǎn)子高度較高時，要在定子上部和下部分兩層分別4或8個傳感器。

2.4 發(fā)電機局部放電監(jiān)測技術(shù)

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)象即局部放電，系統(tǒng)中的一些小空隙或者表面處于絕緣環(huán)境中時，產(chǎn)生局部放電的幾率較大。由于定子繞組處在高溫、高壓以及各種化學(xué)物質(zhì)和機械振動的工作環(huán)境中，對其有著較高的絕緣水平的要求。因此，必須加強定子繞組的絕緣放電在線監(jiān)測，為及早發(fā)現(xiàn)故障并及時解決問題提供保障，降低機組運行事故發(fā)生的幾率。國外的對局部放電的信號監(jiān)測系統(tǒng)和技術(shù)較為先進(jìn)，一般采用介于375～1000pF之間的電容傳感器，80pF的電容器是20世紀(jì)70年代才出現(xiàn)的。我國在研究水輪發(fā)電機局部放電技術(shù)方面的技術(shù)發(fā)展較為緩慢。

2.5 主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)

過熱引起的故障、放電引起的故障以及絕緣受潮失靈導(dǎo)致的故障等是變壓器的主要內(nèi)部故障。有效鑒別發(fā)現(xiàn)并降低電力變壓器故障發(fā)生的幾率的方法是采用色譜分析法分析變壓器中的氣體，氣相色譜分析、光聲光譜分析等均是色譜分析法。氣相色譜分析法在實驗室環(huán)境中較為常用，是一種發(fā)展較為成熟的離線分析方案。光聲光譜技術(shù)是通過借不同波長的紅外線激發(fā)不同的氣體分子的方式，將封閉容器中氣體的壓力大小測量出來，最終得到某種確定氣體的含量。

2.6 基于虛擬現(xiàn)實的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

為了解決傳統(tǒng)監(jiān)測方法監(jiān)測數(shù)據(jù)共享性以及整體性較差的問題，使機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)得到的數(shù)據(jù)更加簡潔、形象，就出現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實的包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、虛擬環(huán)境信號處理等部分的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。在水電機組中，虛擬化技術(shù)是指借助虛擬環(huán)境和三維技術(shù)模擬目標(biāo)，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)表達(dá)出書本知識、數(shù)據(jù)不能展現(xiàn)的場景，操作者可以借助外接I/O設(shè)備與虛擬系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交互和處理工作，更簡便地得到機組信息，使系統(tǒng)更具數(shù)據(jù)共享性、可理解性以及可行性。

3 實現(xiàn)有效的機電設(shè)備狀態(tài)檢修的途徑

首先要掌握機組的運行狀態(tài)，為后續(xù)檢測提供參照。應(yīng)該結(jié)合實際情況和合理需求判定機組健康狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，以最近幾年檢修的數(shù)據(jù)為依據(jù)，制定出機組運行狀態(tài)評估的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，評估機組是否需要進(jìn)行維修，是否要采取相關(guān)的措施對需要檢修的部件和部位進(jìn)行安全監(jiān)管；有效結(jié)合狀態(tài)檢修與定期檢修工作。要把握狀態(tài)檢修與定期檢修的經(jīng)濟技術(shù)比，考慮到小機組的開停對電網(wǎng)造成的影響比大機組小，所以對小機組要實行狀態(tài)檢修，減少事故損失。對于大機組，采取狀態(tài)檢修與定期檢修相結(jié)合的方式，對于一些水輪發(fā)電機組達(dá)到狀態(tài)檢修的要求的水電廠，可試行狀態(tài)檢修，對還不能完全確定某些故障因素的水電廠，還是要結(jié)合狀態(tài)檢修與定期檢修，可將定期檢修次數(shù)適當(dāng)減少，將定期檢修周期延長；其次，要挖掘并積累機組數(shù)據(jù)。有效運用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)積累的大量數(shù)據(jù)，不斷挖掘標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，為找出異常狀態(tài)提供參照。新建電站應(yīng)將新機組的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)完整的記錄下來，同時水電廠要將已運行機組的檢修后的狀態(tài)記錄下來，找準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的差異，為及時發(fā)現(xiàn)某種缺陷或故障提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

水電廠機電設(shè)備的狀態(tài)檢修一直是困擾水電廠工作人員和技術(shù)人員的重要問題，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步雖然為水電廠機電設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了技術(shù)支持，但就目前來看，機電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作還是存在很多問題和挑戰(zhàn)。但是，只要國家足夠重視水電廠機電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作，加大投入，相關(guān)人員不斷加強實踐，就一定能推動技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)水電廠的穩(wěn)定發(fā)展。

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