●渠中權(quán)
水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,有機(jī)械部分、電氣部分以及油、氣、水系統(tǒng),它受電網(wǎng)運(yùn)行和發(fā)電站運(yùn)行方式的影響,還受天氣等自然條件影響,容易發(fā)生故障或者出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)。某一次故障可能是一種偶然情況,但對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行來(lái)說(shuō)又是一種必然事件。水輪發(fā)電機(jī)組是集水、電、機(jī)、油、汽于一體的設(shè)備,由大量的非標(biāo)零部件組成,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)直接影響整個(gè)水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行,作為水電廠最重要的機(jī)電設(shè)備,其運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)成為水電廠檢修周期的主要因素,而機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在全面監(jiān)測(cè)、分析、評(píng)價(jià)和診斷水輪發(fā)電機(jī)組健康狀態(tài)方面發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著電力系統(tǒng)智能化的需求日益增長(zhǎng),對(duì)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也提出了更高的要求。
機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械傳動(dòng)鏈上旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè),通過(guò)對(duì)傳動(dòng)鏈振動(dòng)信號(hào)的在線實(shí)時(shí)采集、處理和分析,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)鏈故障全過(guò)程、評(píng)估機(jī)組的健康狀態(tài)、預(yù)測(cè)部件的剩余壽命等,以便有計(jì)劃地合理安排機(jī)組的檢修工作,更好地保障機(jī)組的長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn),節(jié)省維護(hù)費(fèi)用,減少停機(jī)周期。
機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于評(píng)估全廠機(jī)組的狀態(tài),早期發(fā)現(xiàn)并跟蹤設(shè)備故障。系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、分析故障程度、提出檢修建議等功能,以確定需要更換的故障部件及使用壽命到期的部件,制定合理的批次更換檢修計(jì)劃,減少單個(gè)更換帶來(lái)的重復(fù)成本,防范機(jī)組出現(xiàn)超過(guò)臨界點(diǎn)發(fā)生不平衡等。
水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的環(huán)境相對(duì)潮濕,在運(yùn)行過(guò)程中,由于外界的影響和自身的原因,水輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)將發(fā)生變化,并可能超出正常運(yùn)行允許的范圍。短時(shí)間超過(guò)參數(shù)規(guī)定運(yùn)行或超過(guò)規(guī)定運(yùn)行參數(shù)不多,雖然不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果,但長(zhǎng)期超過(guò)參數(shù)運(yùn)行或者大范圍超過(guò)運(yùn)行參數(shù)就有可能引起嚴(yán)重的后果,危及水輪發(fā)電機(jī)的安全,應(yīng)該引起重視。水力發(fā)電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)在機(jī)組檢修中設(shè)備的拆裝,尤其針對(duì)電氣二次專業(yè),在各位置的傳感器安裝,具有重要參考作用。在靜態(tài)回裝時(shí),根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)畫(huà)面的數(shù)據(jù)分析,更有利于快速確定各傳感器安裝距離,防止初始啟動(dòng)時(shí),因傳感器位置安裝不當(dāng),導(dǎo)致傳感器損壞。在平時(shí)的運(yùn)行過(guò)程中,因水電站機(jī)組較多,值班人員很難實(shí)時(shí)監(jiān)控各機(jī)組信息,如值班人員對(duì)狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的敏感性不強(qiáng),對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的趨勢(shì)化分析薄弱,便不能很好地防止隱患及事故。
水力發(fā)電站對(duì)機(jī)組實(shí)行狀態(tài)檢修,主要是起到預(yù)防、事后檢修作用,企業(yè)對(duì)裝備進(jìn)行運(yùn)維決策依賴企業(yè)管理制度、流程和經(jīng)驗(yàn),缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐。比如機(jī)組A修,每四年一次,機(jī)組C修每年一次,視具體情況確定是否調(diào)整為B修或者D修,但是對(duì)于A修基本上遵守企業(yè)制度,如果有可靠的數(shù)據(jù)支撐,就能判斷是否延長(zhǎng)機(jī)組A修間隔時(shí)間,縮短A修次數(shù)、工期。從專業(yè)、細(xì)節(jié)的角度判別,比如對(duì)于軸承、齒輪、聯(lián)軸器等部件的最佳檢修維護(hù)時(shí)機(jī)的把握,都是根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)得出,由于依賴的是靜態(tài)的數(shù)據(jù),往往設(shè)備出現(xiàn)缺陷后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),避免設(shè)備故障的發(fā)生,特別是突發(fā)性故障。某水力發(fā)電站4號(hào)機(jī)組靜態(tài)觀測(cè)時(shí)水導(dǎo)軸承數(shù)據(jù)合格,但在運(yùn)行過(guò)程中,大軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中擺度越限無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)重要設(shè)備采用離線點(diǎn)檢監(jiān)測(cè)方式,此類(lèi)模式仍然是一種以設(shè)備點(diǎn)檢人員為核心的設(shè)備監(jiān)測(cè)模式,對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可對(duì)比性和持續(xù)性缺乏有效管控,導(dǎo)致難以及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),現(xiàn)場(chǎng)很多設(shè)備不易到達(dá),點(diǎn)檢的安全性較差。某水力發(fā)電站3號(hào)機(jī)定轉(zhuǎn)子空氣間隙低于允許范圍,但在運(yùn)行中點(diǎn)檢人員無(wú)法到達(dá)實(shí)測(cè),靜態(tài)時(shí)數(shù)據(jù)有時(shí)處于合格數(shù)據(jù)邊緣,因此,為了保證生產(chǎn)線的安全、穩(wěn)定及長(zhǎng)周期運(yùn)行,更加科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行、檢修及維護(hù),必須對(duì)其采用在線監(jiān)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)受控。
某水力發(fā)電站的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查看,從機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)主機(jī)拷貝出來(lái),自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)是采點(diǎn)式,打印出來(lái)的也是單點(diǎn)數(shù)據(jù),缺少連續(xù)性,不利于整個(gè)過(guò)程分析及追溯。數(shù)據(jù)需要人為清理緩存,否則會(huì)造成部分程序停止運(yùn)行。有的時(shí)候主機(jī)出現(xiàn)死機(jī)情況,只有點(diǎn)檢人員到現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢時(shí)才發(fā)現(xiàn),管理模式?jīng)]有起到對(duì)機(jī)組安全監(jiān)測(cè)的作用。
基于上述運(yùn)維現(xiàn)狀及原狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)有配置有些功能暫不能實(shí)現(xiàn),需對(duì)現(xiàn)役狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。在現(xiàn)有狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加智能診斷及智能檢測(cè)模塊,便于實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)對(duì)異常狀態(tài)分析提供數(shù)據(jù)支持。
智能監(jiān)測(cè)診斷模塊的實(shí)施,不僅可以實(shí)時(shí)了解每臺(tái)受控機(jī)組的健康狀態(tài),實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期中的各個(gè)環(huán)節(jié)的安全監(jiān)控,還實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)型管理向數(shù)據(jù)化、信息化驅(qū)動(dòng)管理的模式變革,是企業(yè)進(jìn)行設(shè)備管理模式升級(jí)的要求。
智能監(jiān)測(cè)診斷模塊可自動(dòng)識(shí)別機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),根據(jù)其功率、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速將機(jī)組的運(yùn)行工況可分成多段,并分別在每段區(qū)間內(nèi)設(shè)置適應(yīng)該工況的機(jī)組報(bào)警和預(yù)警門(mén)限。各部位狀態(tài)信息直接上送中控室控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
為了保證水力發(fā)電站機(jī)組設(shè)備的安全、穩(wěn)定及長(zhǎng)周期運(yùn)行,更加科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備檢修及維護(hù),以達(dá)到提高設(shè)備可利用率、降低檢修成本、提高運(yùn)營(yíng)效率的目標(biāo),對(duì)關(guān)鍵設(shè)備加裝實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)診斷模塊,實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)高密度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、智能報(bào)警篩選異常設(shè)備、遠(yuǎn)程專家即時(shí)分析診斷,當(dāng)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)某一部位出現(xiàn)越線預(yù)警,能夠?qū)崟r(shí)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上彈窗,在控制室伴隨有語(yǔ)音報(bào)警,讓值班人員隨時(shí)可以發(fā)現(xiàn)異常,通過(guò)歷史曲線查詢,清晰地看到機(jī)組在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中完整的運(yùn)動(dòng)軌跡,即使在停運(yùn)狀態(tài)下,也能夠?qū)C(jī)組進(jìn)行診斷,還可以進(jìn)行人工復(fù)核,便于及時(shí)、準(zhǔn)確地鎖定故障點(diǎn)。
智能監(jiān)測(cè)提出的是一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息化模式,例如:設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)獲取是通過(guò)傳感設(shè)備自動(dòng)采集、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)存儲(chǔ)的“三自”模式加以實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)可以真實(shí)地、及時(shí)地反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)的是一種“數(shù)據(jù)流”觸發(fā)“工作流”的新型管理模式。
智能診斷模塊分析診斷流程如圖1。
圖1 智能診斷模塊診斷分析流程圖
數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性校驗(yàn),對(duì)判斷為失效的數(shù)據(jù)直接結(jié)束數(shù)據(jù)分析流程,判斷為有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)干擾排除(如傳感器電磁干擾,支架松動(dòng)等外部因素),機(jī)組在不同工況下?tīng)顟B(tài)參數(shù)也呈現(xiàn)不同的分布特征,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況,如負(fù)荷變化、水頭變化、重要開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)等,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)構(gòu)建機(jī)組在各類(lèi)工況下的數(shù)據(jù)分布模型,并自動(dòng)標(biāo)記典型工況數(shù)據(jù),構(gòu)建各分類(lèi)工況健康樣本,當(dāng)出現(xiàn)與健康樣本偏差過(guò)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)故障診斷,根據(jù)豐富的故障庫(kù)模型推斷數(shù)據(jù)變化是否符合具體故障特征,如果符合則輸出故障信息,不符合則推送報(bào)警預(yù)警信息進(jìn)行人工診斷。
采用專家規(guī)則庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算引擎、多變量建模、機(jī)器自學(xué)習(xí)等技術(shù)相結(jié)合的先進(jìn)算法,實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)診斷,提前預(yù)知設(shè)備故障,監(jiān)控故障劣化趨勢(shì),滾動(dòng)預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行壽命。
例如某水力發(fā)電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)升級(jí)改造后,通過(guò)診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)在運(yùn)行中下導(dǎo)擺度超限報(bào)警,對(duì)整個(gè)機(jī)組的診斷后發(fā)現(xiàn)機(jī)組下導(dǎo)間隙異常,在檢修時(shí)采用調(diào)整導(dǎo)軸承間隙等手段進(jìn)行處理,下導(dǎo)擺度值降低到正常范圍,有效避免了由于間隙異常造成的振動(dòng)問(wèn)題。下面就以該案例的具體應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。
某水電站3號(hào)機(jī)組于2014年8月17日上午啟動(dòng),在9時(shí)左右下導(dǎo)擺度X、Y振動(dòng)值開(kāi)始攀升,9時(shí)38分左右,下導(dǎo)擺度X振動(dòng)值一級(jí)報(bào)警,下導(dǎo)擺度Y振動(dòng)值二級(jí)報(bào)警。下導(dǎo)擺度越線圖如圖2。監(jiān)控系統(tǒng)收到狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警后,將機(jī)組停機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和檢修。
圖2 某水電站3號(hào)機(jī)組下導(dǎo)擺度越線圖
通過(guò)波形頻譜圖(圖3)分析,下導(dǎo)擺度X、Y振動(dòng)都以一倍頻為主,通常一倍頻振動(dòng)分量反映的是質(zhì)量不平衡造成的振動(dòng),但機(jī)組之前的運(yùn)行數(shù)據(jù)下導(dǎo)擺度振動(dòng)值都在正常范圍內(nèi),且振動(dòng)攀升主要集中在下導(dǎo)位置,判斷振動(dòng)主因應(yīng)該不是轉(zhuǎn)軸本身的質(zhì)量不平衡造成。
圖3 某水電站3號(hào)機(jī)組波形頻譜圖
通過(guò)分析下導(dǎo)的軸心軌跡圖(圖4)和主軸狀態(tài)圖(圖5),發(fā)現(xiàn)振動(dòng)攀升發(fā)生時(shí),下導(dǎo)軸承對(duì)軸的保護(hù)和承載能力明顯不足,軸心軌跡成環(huán)狀外擴(kuò)形態(tài),油膜沒(méi)有很好的建立起來(lái),對(duì)振動(dòng)初步判斷故障原因?yàn)閷?dǎo)軸承間隙問(wèn)題。
圖4 某水電站3號(hào)機(jī)組下導(dǎo)軸心軌跡圖
圖5 某水電站3號(hào)機(jī)組主軸狀態(tài)圖
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢修證明了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析判斷,經(jīng)過(guò)調(diào)整下導(dǎo)軸承間隙,機(jī)組再次啟動(dòng)后振動(dòng)數(shù)值恢復(fù)正常。
圖6是機(jī)組檢修后,2014年8月21日機(jī)組啟動(dòng)并帶負(fù)荷之后的振動(dòng)情況。
圖6 某水電站3號(hào)機(jī)組檢修后主機(jī)圖
從軸心軌跡圖(圖7)和主軸狀態(tài)圖(圖8)也可看出,導(dǎo)軸承間隙調(diào)整到合理的值后,軸心軌跡穩(wěn)定集中于一定的范圍內(nèi),不再呈現(xiàn)不斷外擴(kuò)的形貌,油膜也很好的建立起來(lái)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能分析功能準(zhǔn)確定位故障范圍,縮短檢修期,起到了關(guān)鍵性的作用。
圖7 某水電站3號(hào)機(jī)組軸心軌跡圖
圖8 某水電站3號(hào)機(jī)組主軸狀態(tài)圖
通過(guò)以上的實(shí)例可以看出水電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠重點(diǎn)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組各部導(dǎo)軸承振動(dòng)、擺度等故障并準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢修。新升級(jí)的系統(tǒng)還具備打印全時(shí)運(yùn)行報(bào)表、打印操作記錄、拷貝屏幕數(shù)據(jù)、導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù),打印輸出各種分析圖形、圖譜等功能,信號(hào)數(shù)據(jù)也可自由地導(dǎo)入和導(dǎo)出,方便查看,并形成各類(lèi)報(bào)告。機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理,根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)情況,自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整,當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí),可以立即觸發(fā)不再存儲(chǔ)數(shù)據(jù),節(jié)省了服務(wù)器硬盤(pán)空間,保障服務(wù)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,有效避免了緩存較大導(dǎo)致程序停止的問(wèn)題。
對(duì)于已投產(chǎn)水力發(fā)電站可以結(jié)合機(jī)組檢修或者技改,實(shí)施機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn),增加趨勢(shì)化分析、智能報(bào)警運(yùn)用,將更多的數(shù)據(jù)參數(shù)上傳到后臺(tái)系統(tǒng),便于專家診斷、分析,尤其是劣化趨勢(shì)分析,及早發(fā)現(xiàn),及早解決,將隱患處理于萌芽階段,在保障安全的前提下創(chuàng)造更多的效益。對(duì)于新建電站,同步將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投運(yùn),及時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控機(jī)組狀態(tài),便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并整改。