劉曉明

摘要：在水電站基礎自動化工程中，自動化元件（裝置）與輔機設備自動控制單元的選擇，各元件與控制單元的運動狀態(tài)監(jiān)測，以及元件故障的診斷情況等皆可對其自動化程度產生影響。文中就水電站自動化元件狀態(tài)的監(jiān)測以及相關的故障診斷技術進行分析，以供參考。

關鍵詞：自動化元件;狀態(tài)監(jiān)測;故障診斷

中圖分類號：TV547

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）01-0121-02

0引言

在水電站建設與生產經營活動中，水電站基礎自動化是一項較為系統的、綜合的工程，是水電站能否實現無，人值班的關鍵。自動化元件是機組開機、運行、停機、事故停機、備用、事故報警所使用的一系列自動化元件或裝置。從水輪發(fā)電機組的自動化元件組成來看，大致可以分為壓力測量、溫度測量、液位測量、流量測量、轉速測量及過速保護裝置等。

1水電站自動化元件概述

在水電站自動化工程中，壓力是重要的參數之一，而液位、密度等指標的測量也常需要通過壓力的測量實現，因此，與壓力測量相關的自動化元件有著較為重要的意義“。就壓力計的安裝而言，在合理選擇壓力計的型號、量程（根據水輪發(fā)電機組的實際需求選擇）的基礎之，上，還應當明確取壓口的位置。一般而言，取壓口的位置應當選擇被監(jiān)測介質流動的直管道上，并確保開孔位置能夠使壓力信號的走向合理化。此外，為了保證壓力計在自動化作業(yè)過程中的正常運行，其所選擇的取壓口應當不存在機械振動等情況，或者相關因素不至于影響壓力計的工作狀態(tài)。在現階段的壓力測量中，智能壓力顯示儀是一種較為重要的自動化元件，該元件基于先進的微處理器，完成了壓力、溫度、濕度等多種物理量的監(jiān)測，在一定程度上實現了智能化控制。

液位測量是測量液體介質在容器中的液面高度的過程，其主要儀表為液位計。實際操作中，考慮到水電站自動化系統的不同需求，液位計的選擇也應當盡可能合理化。按照液位計的工作原理，現階段市售液位計大致可以分為直讀式、電容式、射線式、浮力式、雷達式、超聲波式等。以電容式液位變送器為例，該元件依照電容、電極面積與兩極之間的介電常數相關原理為設計基礎，在測量非導電液體時，通過容器壁形成電容兩極，借此測量出容器中液位的高度;測量導電液體時，探極線與導電液體構成電容兩極，根據電容的改變情況測定液位的改變。

流量測量是水輪發(fā)電機組自動化元件中的重要成員，其主要目的是測量明渠或者管道中的流體流量。流量測量的類型相對較多，按照測量原理進行分類，大致可以分為力學儀表、電學儀表、熱學儀表、聲學儀表、原子物理儀表等;按照流量儀表的結構原理分類，大致可以分為容積式流量計、差壓式流量計、沖量式流量計、葉輪式流量計、質量流量計以及電磁流量計等。從流量表的工作狀態(tài)來看，儀表自身的可靠性與準確性直接關系到流量測量的精度，因此，在選擇流量儀表時，應當從儀表的性能、流體的特性、儀表的工作環(huán)境、安裝的具體條件以及經濟成本等角度入手，盡可能選擇最合理的儀表。

除上述元件外，與溫度測量、位移測量、轉速測量以及過速保護相關的自動化元件，以及其他與自動化相關的元件（軸電流監(jiān)控裝置、發(fā)電機碳刷除塵器、電磁閥、油混水控制器等），也是水電站自動化元件的重要組成部分，但由于篇幅有限，在此不做贅述。

2水輪發(fā)電機組狀態(tài)在線監(jiān)測分析技術

在機組運行過程中，采取相應的在線監(jiān)測技術，能夠及時發(fā)現水輪發(fā)電機組的狀態(tài)異常，進而查找相應的元件故障，避免帶來更為嚴重的后果。尤其是在破壞性事故的預防方面，有效的狀態(tài)監(jiān)測與分析，能夠及時發(fā)現缺陷與隱患，進而指導機組的運行控制與維護檢修工作。基于此，加強水輪發(fā)電機組狀態(tài)的在線監(jiān)測，即是新時期水電站自動化的重要要求，又是保障機組安全、經濟運行的必要條件。

回顧在線監(jiān)測技術的發(fā)展歷程，雖然我國在水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測領域的研究起步較晚，但得益于相關產品的快速開發(fā)以及政府部門給予的大力支持，水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測與分析技術于水力發(fā)電事業(yè)中快速推廣。加之相關產品的實踐應用經驗為監(jiān)測技術的改進與產品的后續(xù)開發(fā)提供的重要參考，國內的在線監(jiān)測技術發(fā)展勢頭良好。從水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測系統的構成來看，大致可以分為數據采集站、傳感器、狀態(tài)數據服務器、工程師工作站、WEB服務器以及相關的網絡設備、系統軟件等組成部分（見圖1）。其中，傳感器是整個系統的基礎，數據服務器完成各類狀態(tài)數據的存儲與管理，數據采集站負責狀態(tài)信息的采集、處理與分析，WEB服務器則用于實現系統之間的在線通信。

水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測的目標，是及時發(fā)現機組運行存在的缺陷或者隱患，基于此，狀態(tài)監(jiān)測的參數選取應當從狀態(tài)監(jiān)測參量、工況參數、過程量參數等角度考慮。其中，狀態(tài)監(jiān)測產量的獲取較為簡單，只需通過應的自動化元件與現場傳感器/信號器即可獲取;過程量參數的獲取，可借助電站計算機的監(jiān)控系統獲得，并通過WEB服務器、數據服務器提供的通信支持完成數據的傳輸;而工況參數采集方面，可采用開關量硬接線的方式獲取。在明確監(jiān)測目標后，就需要著手進行測點的選擇與布置。實際操作中，需要結合相關的標準，配置合理的狀態(tài)監(jiān)測參數。

3水輪發(fā)電機組的故障診斷

在完善水輪發(fā)電機組的狀態(tài)監(jiān)測技術體系的基礎之上，要保證機組的正常運行，還需要切實可行的故障診斷技術。就現階段的設備故障診斷與檢修管理來看，狀態(tài)檢修是一種較為重要的模式，能夠較好的解決傳統檢修模式下，定期檢修帶來的一系列問題（如設備過修等問題）。從狀態(tài)檢修的角度考慮，機組的故障診斷應當從構建相應的設備參數平臺、施行系統的狀態(tài)監(jiān)測、完善設備故障診斷技術等角度入手進行深入探討與分析，并結合既往故障診斷、故障檢修獲得的寶貴經驗，參考在線監(jiān)測系統獲得的狀態(tài)數據，對機組的狀態(tài)進行正確評估，進而給出符合機組實際工況的故障診斷結果與檢修建議。設備故障的隱蔽性、并發(fā)性、復雜性以及不確定性一直是故障診斷的難點，同時也是阻礙故障早期診斷的重要因素。鑒于單一診斷方法的能力有限，近年來，相關研究者從綜合故障診斷技術的應用角度展開了分析，而電氣設備相關的“專家系統”的出現，則為機組的故障診斷提供了重要的工具。一般而言，基于綜合故障診斷模型的“專家系統”，能夠實現在線狀態(tài)采集、狀態(tài)分析、故障診斷、故障統計以及故障處理等功能于一身的自動化、智能化。因此，下一階段的故障診斷技術研發(fā)中，“專家系統”的開發(fā)或將扮演重要角色。

4結束語

隨著我國的水力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展以及電力體制改革的不斷深入，水輪發(fā)電機組的實時狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷得到了廣泛重視。結合機組的實際情況，選取可行的在線狀態(tài)監(jiān)測系統，并加強各類“專家系統”的研發(fā)，能夠為水電站自動化元件的狀態(tài)監(jiān)測與故障排查提供重要的路徑。

參考文獻

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