實(shí)施運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)　確保機(jī)組安全高效

劉錦碧　工　玲

目前。尤其在世界范圍內(nèi)共同努力減少CO2排放量的目標(biāo)下，水力發(fā)電的優(yōu)越性越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)。如果公眾和政治上的認(rèn)可，水力發(fā)電廠能夠?qū)δ茉瓷a(chǎn)作出重大貢獻(xiàn)。但是，水電資源的開(kāi)發(fā)是有限的，有必要對(duì)現(xiàn)有的電站進(jìn)行科學(xué)管理，提高效率。為此，我們首先要從技術(shù)上優(yōu)化電廠，其次要使電廠在沒(méi)有干擾的情況下安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)地運(yùn)行。對(duì)電站運(yùn)行工況采取何種監(jiān)測(cè)方法，對(duì)后者的影響非常大。

為使電站安全運(yùn)行、避免停機(jī)，目前采用最普遍的方法是按預(yù)定計(jì)劃對(duì)電站進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。按照這一程序，電站維護(hù)要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，或者按機(jī)組制造商、保險(xiǎn)公司提供的機(jī)組維護(hù)時(shí)間表進(jìn)行。這種定期設(shè)備檢修方法和系統(tǒng)部件的預(yù)防性更換必然會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的減少、配件有效壽命的縮短，并因停機(jī)和維護(hù)增加設(shè)備在檢修中發(fā)生操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。這一方法同樣不利于發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備中的潛在威脅。由于這些原因，世界范圍內(nèi)對(duì)新的監(jiān)測(cè)方法的興趣正在不斷增加。

為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，傳統(tǒng)的僅記錄一種機(jī)組運(yùn)行工況參數(shù)(例如：振動(dòng)監(jiān)測(cè))顯得不再夠用。我們需要建立新的設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)，它應(yīng)該具備電站整體技術(shù)工況監(jiān)測(cè)、警報(bào)提示、問(wèn)題診斷、提供修正建議等功能。同時(shí)，這套系統(tǒng)還需要隨時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行相關(guān)參數(shù)，以便于優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行。

未來(lái)新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)滿足不同的先決條件，延長(zhǎng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，減少檢修時(shí)間，并使“無(wú)人值班、少人值守”的情況下安全、高效地管理設(shè)備成為可能。發(fā)電功率、效率，以及其他些特定技術(shù)參數(shù)的變化趨勢(shì)將更加詳細(xì)地監(jiān)測(cè)，被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化幅度必須保持在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、油脂監(jiān)測(cè)、熱紅外溫度監(jiān)測(cè)、內(nèi)窺檢查等手段，將會(huì)使機(jī)組運(yùn)行的潛在危險(xiǎn)得到有效提示。

監(jiān)測(cè)一個(gè)對(duì)使用壽命要求嚴(yán)格，而其運(yùn)行工況很難被觀測(cè)到的部件狀況是一項(xiàng)非常重要的工作。因?yàn)楸仨毚_保這類部件的剩余壽命是足夠的。本文重點(diǎn)考慮的是設(shè)備的低循環(huán)疲勞(1CF)還是高循環(huán)疲勞(HCF)，以及部件表面涂層狀況。在不同特性機(jī)組上安裝各類特別傳感器，能夠觀測(cè)到這些情 況。采用這種方法，可以在機(jī)組運(yùn)行或停機(jī)過(guò)程中對(duì)一些有用的參數(shù)進(jìn)行記錄、分析評(píng)估。

1振動(dòng)監(jiān)測(cè)

對(duì)于水力發(fā)電機(jī)組，軸承套的絕對(duì)振動(dòng)值通常以振幅(μ m)或振動(dòng)速率(mm／sec)作為測(cè)量參數(shù)。對(duì)軸相對(duì)振動(dòng)，采用2個(gè)渦流傳感器，在每個(gè)測(cè)量平面按90度角放置的方法來(lái)測(cè)量。動(dòng)態(tài)軸承運(yùn)行軌跡的最大值( m))被用做測(cè)量參數(shù)。

著名的VDI手冊(cè)(2056一設(shè)備機(jī)械振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和Richtlinie 2059一渦輪機(jī)傳動(dòng)軸振動(dòng))沒(méi)有包括設(shè)備監(jiān)測(cè)儀器方面的任何說(shuō)明。對(duì)于設(shè)備使用者，事實(shí)上在購(gòu)買新設(shè)備或進(jìn)行設(shè)備檢修、大的設(shè)備改造時(shí)，不用支付任何額外費(fèi)用，制造商已在合同中作出了設(shè)備振動(dòng)方面的很好的質(zhì)量承諾。

VDI手冊(cè)(3841一機(jī)械包括轉(zhuǎn)動(dòng)體的振動(dòng)監(jiān)測(cè))包括了一些水電機(jī)組監(jiān)測(cè)所需要的現(xiàn)代計(jì)量信息。VDI手冊(cè)(3839一準(zhǔn)備之中)將給出更詳細(xì)的對(duì)振動(dòng)方面的釋義和計(jì)量方法，如水輪機(jī)和泵的典型振動(dòng)軌跡圖，以便于振動(dòng)的分析和診斷。

在設(shè)備的機(jī)械整體性檢查過(guò)程中(如設(shè)備試運(yùn)行、改造或調(diào)整期間)，要進(jìn)行常規(guī)的監(jiān)測(cè)，更要確定設(shè)備的振動(dòng)狀況。這項(xiàng)工作對(duì)于設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)各種干擾情況時(shí)非常重要。當(dāng)干擾發(fā)生時(shí)，一臺(tái)非富余機(jī)組在報(bào)警區(qū)域運(yùn)行，但考慮到其它更重要的因素，這臺(tái)機(jī)組必須繼續(xù)運(yùn)行。在這種情況下，任何有關(guān)這臺(tái)機(jī)組運(yùn)行工況的信息都是非常寶貴的，它可以幫助運(yùn)行人員判斷在這種特殊情況下將設(shè)備運(yùn)行到一個(gè)什么樣的時(shí)間再停機(jī)最合適。

為了提高非正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)診斷的準(zhǔn)確性，有必要完整記錄機(jī)組在正常運(yùn)轉(zhuǎn)、開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)，以及機(jī)組不同出力、轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果。在下列階段，振動(dòng)問(wèn)題可能對(duì)設(shè)備工作壽命起到非常關(guān)鍵的作用：

①新設(shè)備檢查或試運(yùn)行期間；

②復(fù)試前后；

③設(shè)備改造或改變運(yùn)行模式時(shí)；

④設(shè)備非正常運(yùn)行。

設(shè)備振動(dòng)狀況的記錄和評(píng)估，需要一套真實(shí)數(shù)據(jù)記錄和診斷系統(tǒng)、方法和具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行準(zhǔn)確解釋。設(shè)備工況監(jiān)測(cè)流程示意圖如下：

2 磨損顆粒分析

不要與傳統(tǒng)的廢油料分析相混淆，潤(rùn)滑油中磨損顆粒的分析是檢測(cè)油脂潤(rùn)滑設(shè)備部件工況、發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期磨損的有利工具。通過(guò)檢查潤(rùn)滑油脂中帶有的顆粒，可以了解設(shè)備部件的磨損情況；通過(guò)分析油脂中磨損的或外來(lái)顆粒，有助于分析正常工況下機(jī)械設(shè)備的早期磨損與什么有關(guān)，為工況維護(hù)創(chuàng)造前提條件。

磨損顆粒因部件潤(rùn)滑表面的磨損而形成，例如軸承。此外，外來(lái)雜物也可能進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)。有經(jīng)驗(yàn)的分析專家可以據(jù)此判斷哪種情況屬于過(guò)早的非正常磨損，哪種情況屬于正常磨損。

磨損顆料分析經(jīng)常分兩步進(jìn)行。第一步，檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)中磨損顆粒的數(shù)量并記錄數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。這樣做，有助于發(fā)現(xiàn)任何過(guò)早非正常磨損，一旦確定發(fā)生了非正常磨損，就進(jìn)入第二個(gè)步驟，即對(duì)磨損的原因進(jìn)行診斷定義。

窺鏡微觀檢查常被用來(lái)確定是何種機(jī)制產(chǎn)生了這些顆粒。本文認(rèn)為最重要的就是分析不同磨損方式下產(chǎn)生顆粒的大小尺寸和數(shù)量。在正常的工況下，磨損過(guò)程形成的顆粒尺寸小于10μm，這種尺寸的顆料經(jīng)常存在于任何一個(gè)軸承中。換油時(shí)，所有的磨損顆料會(huì)被潤(rùn)滑油一同帶走，可以近似認(rèn)為小顆粒含量為零，當(dāng)設(shè)備重新開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)觀察到小顆粒的數(shù)量開(kāi)始增加。通過(guò)檢查更換的潤(rùn)滑油是很難發(fā)現(xiàn)起始階段的非正常磨損。通過(guò)觀察大粒徑顆粒的密度，如大于l0μm的顆粒，可以了解一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)工作。因軸承磨損而形成的大磨損顆粒，由系統(tǒng)過(guò)濾裝置慮除。換油后，隨著正常磨損過(guò)程的開(kāi)始，可以記錄到大粒徑顆粒的增加，其密度將回復(fù)到以前的平衡狀態(tài)。潤(rùn)滑油中大小顆粒密度變化曲線如下圖示：

3熱紅外溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)

熱紅外溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種識(shí)別機(jī)電部件溫度變化一一通常預(yù)示著設(shè)備運(yùn)行故障即將發(fā)生的非直接接觸監(jiān)測(cè)法。熱紅外溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)一臺(tái)紅外線傳感像機(jī)使被監(jiān)測(cè)物成像，并將檢測(cè)到的信息轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)送到VCR或計(jì)算機(jī)監(jiān)識(shí)器。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析、文件編制、數(shù)據(jù)管理等，并通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件程序來(lái)處理和分析大量熱紅外溫度監(jiān)測(cè)資料。

熱紅外溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)還有助于直觀地發(fā)現(xiàn)不正常的熱量損失部位一—可以肯定是絕緣損壞或絕緣不足。由于及時(shí)避免了意外停機(jī)，熱紅外溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)還是一種可以縮短停機(jī)時(shí)間的有效工具。電氣元件的熱紅外成像技術(shù)主要用于檢測(cè)由于過(guò)量接觸電阻引起的許多問(wèn)題。正常情況下，過(guò)熱點(diǎn)往往由于部件松動(dòng)、氧化、接頭的腐蝕或部件功能失效而造成。經(jīng)常需要進(jìn)行熱紅外溫度檢查的部位包括變電所、變壓器、硅可控整流器磁場(chǎng)、開(kāi)關(guān)站、斷流器、保險(xiǎn)絲、馬達(dá)及控制電纜

4內(nèi)窺檢查法

可以通過(guò)原有孔洞或在容易打孔處開(kāi)洞的方法安裝內(nèi)窺鏡，以實(shí)現(xiàn)對(duì)中空部件或不易進(jìn)入?yún)^(qū)域的檢測(cè)。內(nèi)窺鏡同時(shí)可帶有照明燈，使觀察部位成像。它分為直管窺鏡和軟窺鏡兩類。經(jīng)常用于一般非醫(yī)療領(lǐng)域的窺鏡常被稱作“孔鏡”、“內(nèi)顯鏡”或“技術(shù)觀察鏡”。視頻窺鏡是目前最先進(jìn)的—類，它可以便捷地連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)上。

這類技術(shù)使得資料數(shù)字化存儲(chǔ)和圖片處理成為町能，如將各種計(jì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入庫(kù)；或?qū)z測(cè)結(jié)果傳輸?shù)搅硪粋€(gè)需要它的終端。

5總結(jié)

目前采用的設(shè)備工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以觀測(cè)到許多以前無(wú)法獲得的工況信息。由于這些原因，有必要重新審查以前的設(shè)備工況監(jiān)測(cè)方法，根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)充、修改、完善，以適應(yīng)不同的類型設(shè)備的運(yùn)行要求。

工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝的一個(gè)基本原則是使用盡可能少的監(jiān)測(cè)儀器，包括傳感器、放大器和指示器等，來(lái)獲得盡可能多而全面的檢測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于水力發(fā)電設(shè)備而言，需要安裝監(jiān)測(cè)水流危害(氣蝕)的高頻壓力傳感器。如果有必要，應(yīng)該在設(shè)備上鉆孔進(jìn)行內(nèi)窺檢查。此外，還應(yīng)該對(duì)某些設(shè)備的油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造，以便檢測(cè)、分析潤(rùn)滑油中的磨損顆粒。

為盡量延長(zhǎng)機(jī)組兩次檢修之間的運(yùn)行期，縮短檢修時(shí)間，要重視監(jiān)測(cè)儀器的使用壽命，重視設(shè)備、配件工況數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析。在許多情況下，可以采用新的通訊科技實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控維護(hù)以彌補(bǔ)專業(yè)人才的缺乏。