水電廠電力設(shè)備健康狀態(tài)評估體系研究

曹 軍

（浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺州 317300）

1 概述

對于我國大中型水電站來說，保證設(shè)備長時間安全、穩(wěn)定、可靠地運行是工作的重點。但隨著計算機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，我國大中型水電站的自動化程度越來越高，設(shè)備之間的關(guān)系越來越復(fù)雜。以往的依靠個人主觀認(rèn)識和經(jīng)驗、缺乏理論支持和指導(dǎo)的設(shè)備管理方法已經(jīng)不能滿足要求。因此尋找一種切實可行且有效的設(shè)備健康狀態(tài)評估體系，對大中型水電站設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評價，以便設(shè)備管理人員及時的了解設(shè)備性能狀況，提高設(shè)備運行的安全性意義重大，同樣對水電企業(yè)的日常設(shè)備管理以及檢修工作進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)十分重要。

2 電力設(shè)備狀態(tài)評估體系研究

目前，在我國國內(nèi)，作為狀態(tài)檢修依據(jù)的設(shè)備健康狀態(tài)評估的研究也處于摸索階段，針對大中型水電站設(shè)備狀態(tài)評估的研究工作開展時間也比較短，可在實踐中利用的成果也較少。而且已有的研究工作主要是針對單個的重要設(shè)備，采用實時檢測技術(shù)進(jìn)行的研究，對于整套設(shè)備的狀態(tài)評估研究的不多。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始將大量先進(jìn)的技術(shù)、方法、理論應(yīng)用到對設(shè)備所處狀況進(jìn)行判斷的領(lǐng)域中來?，F(xiàn)階段，專家學(xué)者所做的與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的科研工作主要在以下幾個方面。

（1）設(shè)備狀態(tài)檢測。設(shè)備狀態(tài)檢測是隨著狀態(tài)檢修中發(fā)展起來的。近年來，人們對狀態(tài)檢修越來越重視，設(shè)備狀態(tài)檢測成為研究的重點。設(shè)備狀態(tài)檢測的重點主要側(cè)重技術(shù)方面，即通過先進(jìn)的檢測手段應(yīng)用，得到與設(shè)備有關(guān)的震動信息、噪聲信息、應(yīng)力信息、溫度信息等信息。通過一定的處理方法，來判斷設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，或?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行追蹤，預(yù)測其劣化趨勢，確定其劣化及磨損程度。例如，潘宏俠等人根據(jù)變壓器故障診斷問題的特點，建立了電力變壓器中油內(nèi)氣體的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)由4種氣體傳感器構(gòu)成的檢測系統(tǒng)以及與之相應(yīng)的四參數(shù)故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成，能有效地診斷運行中變壓器的內(nèi)部潛伏性故障。Mengguang Wang開發(fā)了一種新的FRA方法（Frequency Response Analysis）對變壓器進(jìn)行在線或者現(xiàn)場的監(jiān)測。

此外，一些成熟的設(shè)備狀態(tài)檢測設(shè)備和系統(tǒng)也被開發(fā)出來。例如，A BB公司有一種名為OPTIMAX的產(chǎn)品，該軟件功能覆蓋面很廣，已在國外很多電廠應(yīng)用并取得了成功。美國AVO公司的True Gas變壓器油中氣體在線監(jiān)測設(shè)備，它可以監(jiān)測多達(dá)八種氣體；澳大利亞紅相電力設(shè)備集團(tuán)的DR MCC變壓器在線監(jiān)測控制系統(tǒng)，它可持續(xù)、在線、多方位監(jiān)測變壓器的工作狀態(tài)，可監(jiān)測變壓器的各類數(shù)據(jù)。國內(nèi)研制的同類產(chǎn)品有寧波理工監(jiān)測設(shè)備有限公司推出的TRAN-A、TRAN-B型變壓器故障在線監(jiān)測設(shè)備。此外東北電力試驗研究院研制的BSZ型大型變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置。

（2）設(shè)備故障診斷。設(shè)備故障診斷又稱設(shè)備狀態(tài)診斷，是一種通過檢測設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，分析設(shè)備故障原因，并預(yù)測設(shè)備未來狀態(tài)的一種技術(shù)。設(shè)備故障診斷是技術(shù)與理論并重的一種設(shè)備狀態(tài)判別方法，它強調(diào)的是預(yù)測性。其數(shù)據(jù)來源主要是設(shè)備狀態(tài)檢測所得數(shù)據(jù)，有時數(shù)據(jù)也包括設(shè)備運行工況和設(shè)備的各項主要性能指標(biāo)。在對設(shè)備進(jìn)行診斷時，數(shù)據(jù)處理的方法主要是應(yīng)用比較成熟的基礎(chǔ)理論知識，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、小波分析等理論方法。從事設(shè)備診斷技術(shù)研究工作的很多，在理論和實踐中都取得了一定成果。宮會麗等人根據(jù)電力變壓器故障診斷問題，提出了基于粗糙集與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障診斷模型，分析了該模型的實現(xiàn)步驟。金松茂、江榮漢引入證據(jù)理論實現(xiàn)電力設(shè)備多種檢測手段的結(jié)合)以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

（3）壽命預(yù)測技術(shù)。壽命預(yù)測技術(shù)是一種研究設(shè)備或部件在規(guī)定運行工況下能夠安全運行多長時間的技術(shù)。通常所說的壽命預(yù)測主要指剩余壽命預(yù)測，也有稱剩余壽命評估評定、機構(gòu)完整性評估。為了進(jìn)行壽命預(yù)測，需要做大量的資料分析、實地檢驗、試驗等工作。設(shè)備壽命預(yù)測的研究開展的也很多。例如，孟慎非以評估坦克炮身管的剩余壽命及合理確定身管報廢時機為研究目的，從火炮壽命的基本概念出發(fā)，分析了坦克炮身管壽命評定問題的特殊性，歸納出坦克炮身管剩余壽命評估的理論基礎(chǔ)，建立了以基礎(chǔ)性、替代性、及輔助性判據(jù)組合的身管壽命評定準(zhǔn)則，提出了剩余壽命評估操作模式。王慶豐等對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全壽命評估及維修決策方法進(jìn)行了初步研究，提出了平臺安全壽命評估及維修決策方法的基本框架，給出科學(xué)的檢維修方案,以保證結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運行。

在電力設(shè)備方面，國內(nèi)外也進(jìn)行了大量的研究。日本電力設(shè)備部件殘余壽命評估的辦法可分3個階段：用制造鍋爐與汽輪機的典型材料進(jìn)行破壞性與非破壞性試驗，同時進(jìn)行解析分析做壽命評估，比較這3種方法并提出其各自的使用范圍；在實際運行部件上作非破壞性試驗或取樣作破壞性試驗并進(jìn)行解析分析，進(jìn)一步驗證3種方法的適用范圍；對 3種方法綜合評價，總結(jié)出各種改進(jìn)辦法。第二階段的研究工作包括超臨界機組設(shè)備部件的壽命評估以及疲勞—蠕變損傷的非線性數(shù)學(xué)模型。美國電力研究院采用多數(shù)國家使用的“三級評估法”并制定出較完整的“綜合壽命管理程序”作為美國電力企業(yè)壽命管理工作的通用導(dǎo)則?！叭壴u估”一般需要破壞性試驗、各種取樣、機理研究，甚至需要安裝一些監(jiān)測系統(tǒng)來最終確定損傷根源并提出解決辦法。

中國電力壽命管理工作目前還是處于初級階段，它僅限于某些技術(shù)專業(yè)內(nèi)的活動，而且只作為個別設(shè)備、部件必要時的安全評估手段。楊萍等人對多泥沙河流水輪機混流式葉片、軸流式葉片、導(dǎo)水葉的磨蝕失效進(jìn)行了分析。采用可靠度、故障率、平均無故障工作時間和有效度等指標(biāo)來判斷機組的磨蝕壽命，建立了基于指數(shù)函數(shù)的多泥沙河流水輪機磨蝕壽命評估系統(tǒng)，并對多泥沙河流水輪機壽命估算程序設(shè)計流程進(jìn)行了實例分析。

（4）設(shè)備狀態(tài)評估。設(shè)備狀態(tài)評估，目前運用此術(shù)語進(jìn)行的研究很多，牽扯的內(nèi)容十分復(fù)雜，設(shè)備狀態(tài)評估一種籠統(tǒng)的稱呼，其研究內(nèi)容涉及到狀態(tài)檢測、故障診斷和壽命診斷，只是不同研究人員的側(cè)重點不同而已。總的來說，設(shè)備狀態(tài)評估的研究也處于摸索階段。由于設(shè)備評估的目的不同，評估時側(cè)重點和技術(shù)方法不同，當(dāng)前各種研究方向及其所建立的許多狀態(tài)評估的模型也各不相同。目前主要的研究方向是以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的設(shè)備健康狀態(tài)評估，是根據(jù)設(shè)備的歷次試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合質(zhì)量事件、家族事件等綜合分析設(shè)備的健康狀況，作為判斷設(shè)備是否需要維修的依據(jù)。對不同的設(shè)備，表示設(shè)備整體狀態(tài)的參數(shù)可能是不同的，需根據(jù)具體情況確定。目前這種針對單個或者少量的設(shè)備的精確狀態(tài)的研究比較多。

例如，張金萍等人提出運用模糊數(shù)學(xué)理論，結(jié)合專家系統(tǒng)設(shè)計的變電設(shè)備狀態(tài)評估系統(tǒng)，它可將電力設(shè)備預(yù)防性試驗數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)有效組織起來，對設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行評估，同時設(shè)計了相應(yīng)的變電設(shè)備健康狀態(tài)評估系統(tǒng)；崔奇明提出基于 E S T A電力設(shè)備狀態(tài)評估專家系統(tǒng)。

3 結(jié)語

雖然在電力設(shè)備的狀態(tài)評估方面我國的一些學(xué)者專家做了一定的研究，但總的來說我國電力設(shè)備狀態(tài)評估方面的工作開展還處于起步階段，評估的手段和方法還沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。尤其是根據(jù)設(shè)備的各種信息，包括設(shè)備自身特性、運行工況、運行時間、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等，對整套的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行評估，確定整套的設(shè)備健康狀態(tài)的研究還非常少見。但這種研究又十分必要，因為它有利于企業(yè)對整體設(shè)備狀態(tài)的把握，幫助企業(yè)評估設(shè)備何時進(jìn)入事故多發(fā)期，從而加大對設(shè)備的監(jiān)控力度，防止安全隱患的產(chǎn)生；同時可以幫助企業(yè)科學(xué)合理確定設(shè)備檢修時間、更換時間，節(jié)約成本，避免浪費。因此開展在這一方面的研究很有科學(xué)價值和應(yīng)用價值。

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