東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

江　雨，陳則陽(yáng)

（1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司東風(fēng)發(fā)電廠，貴州 清鎮(zhèn) 551408；2.北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司，北京 100048）

東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

江雨1，陳則陽(yáng)2

（1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司東風(fēng)發(fā)電廠，貴州 清鎮(zhèn) 551408；2.北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司，北京 100048）

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于把握機(jī)組特性、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行、預(yù)防事故和分析事故原因等方面都有著重要作用。東風(fēng)發(fā)電廠高度重視機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，在電站全部4臺(tái)機(jī)組中安裝了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善和提高，使系統(tǒng)更具針對(duì)性；同時(shí)采用多種措施提高系統(tǒng)的檢修和維護(hù)水平，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行切實(shí)發(fā)揮其應(yīng)有作用。本文介紹了東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)、應(yīng)用情況以及相關(guān)的檢修維護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原則；系統(tǒng)構(gòu)成；參數(shù)選擇；系統(tǒng)建設(shè)

1概述

貴州東風(fēng)發(fā)電廠是烏江流域梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)電站，共裝有3臺(tái)190MW及1臺(tái)125MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。在貴州電網(wǎng)中主要擔(dān)任調(diào)頻和調(diào)峰任務(wù)。

東風(fēng)發(fā)電廠是國(guó)內(nèi)早期開展水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的電廠之一，從2002年開始，陸續(xù)在各臺(tái)機(jī)組上安裝了北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司的TN8000水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容涵蓋大軸擺度、機(jī)架振動(dòng)、過(guò)流部件壓力脈動(dòng)、抬機(jī)量、定轉(zhuǎn)子空氣間隙、磁場(chǎng)強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)局部放電等。系統(tǒng)投運(yùn)后，運(yùn)行總體穩(wěn)定。但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，應(yīng)用效果有限。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)及軟件技術(shù)的發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)日趨成熟。東風(fēng)發(fā)電廠認(rèn)真研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，吸取其他電廠的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，重新規(guī)劃?rùn)C(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在2012年對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并建立相應(yīng)的管理體制，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，使之切實(shí)發(fā)揮應(yīng)有作用。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循以下原則：

（1）可靠性：所配置的各種設(shè)備均采用國(guó)內(nèi)外著名品牌，且具有大量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行考驗(yàn)的產(chǎn)品；在軟件的設(shè)計(jì)上采取多種容錯(cuò)策略，確保軟件長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）實(shí)用性：系統(tǒng)的各項(xiàng)功能針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要開發(fā)，不需復(fù)雜的操作便可形成各種特性曲線和狀態(tài)報(bào)告，便于了解機(jī)組性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障。

（3）先進(jìn)性：系統(tǒng)的硬件采用最新的數(shù)字電子技術(shù)開發(fā)；軟件采用模塊化、分布式設(shè)計(jì)；在故障診斷知識(shí)庫(kù)的模型建設(shè)、特征提取等方面采用目前先進(jìn)的故障診斷理論，強(qiáng)化設(shè)備故障自動(dòng)分析診斷功能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；全套系統(tǒng)的構(gòu)架采用最新的通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

（4）開放性：系統(tǒng)具備良好的開放性，可與包括監(jiān)控系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、MIS網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和共享，既可向這些系統(tǒng)傳送狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以將這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入到狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。

（5）針對(duì)性：系統(tǒng)針對(duì)水電機(jī)組的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，除了在硬件的配置上適應(yīng)水電機(jī)組的特點(diǎn)外，在軟件的設(shè)計(jì)上也針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，配置了包括動(dòng)平衡計(jì)算、狀態(tài)報(bào)告自動(dòng)生成、輔助試驗(yàn)等實(shí)用功能。

（6）系統(tǒng)集成：系統(tǒng)將振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣隙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及機(jī)組工況等進(jìn)行有效集成，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和存儲(chǔ)，并在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行顯示和分析，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間資源和信息的共享。

3系統(tǒng)構(gòu)成

東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、服務(wù)器及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件等組成，如圖1所示。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按層次劃分為廠站層（上位機(jī)系統(tǒng)）和現(xiàn)地層兩級(jí)。廠站層設(shè)備包括狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB通訊服務(wù)器、工程師工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，全廠4臺(tái)機(jī)組共用1套?，F(xiàn)地層設(shè)備包括機(jī)組現(xiàn)地狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集單元、各種傳感器、通訊接口、附件設(shè)備等。

每臺(tái)機(jī)組在現(xiàn)地設(shè)1個(gè)數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集站設(shè)備集中組屏在1面標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，布置在發(fā)電機(jī)層機(jī)旁。數(shù)據(jù)采集站負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、抬機(jī)量、空氣間隙、磁通密度、局部放電、機(jī)組工況參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析，以圖形、圖表、曲線等直觀的方式在顯示器上顯示，同時(shí)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，得到機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機(jī)組故障的預(yù)警和報(bào)警，并將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，供進(jìn)一步的狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析和診斷。

狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)、分析、管理從各數(shù)據(jù)采集箱和其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)及各種特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及故障診斷。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器還具有與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、其他廠家的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通訊的軟件及硬件接口，實(shí)現(xiàn)與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器還具有與GPS時(shí)鐘同步裝置進(jìn)行時(shí)鐘同步的軟件和硬件接口。

WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)布機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)及分析診斷結(jié)果，承擔(dān)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。WEB服務(wù)器可通過(guò)廣域以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。由于機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)屬于兩個(gè)不同的安全區(qū)，根據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體規(guī)定，在機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)之間安裝了網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)之間的物理隔離。此外，為確保WEB服務(wù)器的安全，在WEB服務(wù)器和電廠生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)之間還安裝了硬件防火墻。

電站層設(shè)備和現(xiàn)地層設(shè)備之間采用星型以太網(wǎng)絡(luò)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為光纖，并滿足工業(yè)通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3和TCP/IP規(guī)約。

4測(cè)點(diǎn)布置與傳感器選擇

狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的選擇和布置是獲取機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的重要環(huán)節(jié)，其選擇和布置是否合理將直接影響信號(hào)采集的真實(shí)性以及數(shù)據(jù)分析診斷結(jié)果的可信度。測(cè)點(diǎn)的選擇和布置取決于機(jī)組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)律，在進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的選擇和優(yōu)化時(shí)，要滿足機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析的要求，選擇最有代表性、最能準(zhǔn)確捕捉設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的選擇和布置必須能夠監(jiān)測(cè)機(jī)組的水力特性、機(jī)械特性、電氣特性及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

4.1機(jī)組穩(wěn)定性參數(shù)選擇

機(jī)組穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)參數(shù)包括振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)及瓦溫等。

振動(dòng)和擺度是表征機(jī)組穩(wěn)定性的直接信號(hào)。強(qiáng)烈的振動(dòng)將影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行，并降低機(jī)組的使用壽命；當(dāng)振動(dòng)引起廠房、壓力管道的共振和機(jī)組出力波動(dòng)時(shí)，機(jī)組則無(wú)法正常運(yùn)行。因而，振動(dòng)和擺度是評(píng)價(jià)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)。對(duì)機(jī)組振動(dòng)、擺度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，有利于了解機(jī)組的特性，指導(dǎo)機(jī)組避開不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行。因此，對(duì)機(jī)組的振動(dòng)和擺度進(jìn)行監(jiān)測(cè)是必不可少的。根據(jù)機(jī)組的特點(diǎn)，東風(fēng)電廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置了以下測(cè)點(diǎn)：

（1）擺度監(jiān)測(cè)：在機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、法蘭和水導(dǎo)按+X和-Y方向分別布置2個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量大軸擺度，通過(guò)每處2個(gè)正交的傳感器可以得到大軸的軸心軌跡，將上導(dǎo)、下導(dǎo)及水導(dǎo)三部導(dǎo)軸承處的軸心軌跡相連，可得到大軸空間運(yùn)行姿態(tài)，用于分析導(dǎo)軸承存在的問(wèn)題。擺度監(jiān)測(cè)使用非接觸式的電渦流傳感器。但是，由于上導(dǎo)部位的勵(lì)磁引線會(huì)對(duì)電渦流傳感器造成干擾，所以，上導(dǎo)擺度的測(cè)量使用抗電磁干擾能力強(qiáng)的電容式傳感器。

（2）振動(dòng)監(jiān)測(cè)：對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，低頻振動(dòng)是其固有特性，也是機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的一個(gè)難點(diǎn)，需要高度重視。本系統(tǒng)采用低頻速度傳感器來(lái)測(cè)量機(jī)組的振動(dòng)，其頻率下限可達(dá)0.3Hz，可有效測(cè)量機(jī)組的低頻振動(dòng)。在測(cè)點(diǎn)布置上，系統(tǒng)在上機(jī)架、下機(jī)架、定子機(jī)架及頂蓋處+X、+Y處各布置1個(gè)水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，在+X處布置1個(gè)垂直振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。

（3）定子鐵芯振動(dòng)監(jiān)測(cè)：定子鐵芯振動(dòng)以電磁振動(dòng)為主，主要關(guān)心振動(dòng)中的100Hz成分。由于定子鐵芯振動(dòng)是高頻振動(dòng)，如果振動(dòng)過(guò)大，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重破壞。所以，對(duì)定子鐵芯振動(dòng)的監(jiān)測(cè)具有重要意義。定子鐵芯振動(dòng)采用加速度傳感器來(lái)測(cè)量，與其他類型傳感器相比，此類傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)，且適合測(cè)量高頻振動(dòng)。本系統(tǒng)在定子鐵芯中部+X、+Y處布置2個(gè)水平測(cè)點(diǎn)，在定子鐵芯上部齒壓板上布置1個(gè)垂直測(cè)點(diǎn)。

（4）壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)：壓力脈動(dòng)周期性地作用在流道壁和轉(zhuǎn)輪上，引起機(jī)組的振動(dòng)。壓力脈動(dòng)是機(jī)組不穩(wěn)定的重要因素，壓力脈動(dòng)過(guò)大會(huì)對(duì)機(jī)組及廠房構(gòu)成嚴(yán)重破壞。因此，測(cè)量壓力脈動(dòng)具有重要意義。壓力脈動(dòng)的測(cè)量需要變送器具有很高的精度及反應(yīng)速度。本系統(tǒng)選用具有高動(dòng)態(tài)特性的壓阻式壓力脈動(dòng)變送器，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性小于0.5ms，能夠準(zhǔn)確測(cè)量機(jī)組的壓力脈動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)置了蝸殼進(jìn)口、導(dǎo)葉出口及尾水管出口3個(gè)壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)。

4.2氣隙監(jiān)測(cè)參數(shù)

當(dāng)定、轉(zhuǎn)子之間出現(xiàn)偏心，或者定、轉(zhuǎn)子形貌不圓時(shí)，會(huì)造成定、轉(zhuǎn)子之間空氣間隙不均勻，導(dǎo)致磁拉力不均衡，從而引起機(jī)組振動(dòng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)分析定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙變化，可以監(jiān)測(cè)分析定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，從而準(zhǔn)確判斷異常狀況，排除隱患，避免造成損失。系統(tǒng)在定子內(nèi)壁的上部和下部分別布置了4個(gè)氣隙傳感器，對(duì)定、轉(zhuǎn)子上部和下部氣隙進(jìn)行監(jiān)測(cè)。可以監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：定、轉(zhuǎn)子圓度、最小氣隙及定子蠕變和轉(zhuǎn)子磁極伸長(zhǎng)等。

4.3工況參數(shù)監(jiān)測(cè)

水輪發(fā)電機(jī)組為多工況運(yùn)行，在不同工況下，其狀態(tài)差別較大。要想準(zhǔn)確把握機(jī)組狀態(tài)，就必須區(qū)分機(jī)組的運(yùn)行工況。2012年以前，大多功況參數(shù)均采用通訊方式從監(jiān)控系統(tǒng)獲得，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性較差，導(dǎo)葉開度采用分支器與監(jiān)控用導(dǎo)葉開度共用，導(dǎo)致信號(hào)不真實(shí)，為確保工況參數(shù)的真實(shí)、準(zhǔn)確，2012年對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了完善，系統(tǒng)通過(guò)硬接點(diǎn)方式直接從監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地采集裝置采集機(jī)組有功功率、無(wú)功功率、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、導(dǎo)葉開度、水頭信號(hào)，從發(fā)電機(jī)出口開關(guān)現(xiàn)地控制柜采集發(fā)電機(jī)出口斷路器信號(hào)，從超聲波測(cè)流裝置上采集4～20mA流量信號(hào)。同時(shí)，為全面分析機(jī)組狀態(tài)，系統(tǒng)還通過(guò)串口通訊方式從監(jiān)控系統(tǒng)中獲取瓦溫等信號(hào)，這些可靠信號(hào)的獲得為系統(tǒng)的輔助分析起到了較大的作用。

5系統(tǒng)功能

5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

通過(guò)主視圖、棒圖、表格、波形圖、頻譜圖、圓度圖等圖表，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)，便于相關(guān)人員及時(shí)了解機(jī)組各部的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。除了本系統(tǒng)有鮮明的提示外，還可以將報(bào)警信號(hào)通過(guò)硬節(jié)點(diǎn)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)。此外，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某個(gè)參量在不斷變壞時(shí)，還會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員注意。

5.2數(shù)據(jù)分析

通過(guò)相關(guān)趨勢(shì)圖、瀑布圖、級(jí)聯(lián)圖、軸系圖、軸心軌跡圖等圖表，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘。可分析機(jī)組各個(gè)部件狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)，以及機(jī)組在不同工況下的狀態(tài)。為檢修提供依據(jù)。

5.3優(yōu)化運(yùn)行

系統(tǒng)能綜合機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行規(guī)范，通過(guò)對(duì)機(jī)組實(shí)際振動(dòng)、擺度特性的掌握，分析機(jī)組不同工況下振動(dòng)區(qū)變化規(guī)律，指導(dǎo)機(jī)組避振運(yùn)行；通過(guò)對(duì)水力能量參數(shù)（效率、耗水率等）在不同工況下的特性曲線的掌握，指導(dǎo)機(jī)組在最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最佳經(jīng)濟(jì)性能。

系統(tǒng)通過(guò)一定時(shí)間的數(shù)據(jù)積累后，能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)工況下的參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)生成實(shí)際運(yùn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線圖，明確不穩(wěn)定運(yùn)行工況區(qū)和特殊振動(dòng)區(qū)，從而指導(dǎo)機(jī)組盡可能避開危險(xiǎn)工況區(qū)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。

5.4性能試驗(yàn)

系統(tǒng)充分考慮水輪發(fā)電機(jī)組性能試驗(yàn)的需要，并做針對(duì)性的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可根據(jù)自動(dòng)采集的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、勵(lì)磁開關(guān)等工況參數(shù)，自動(dòng)判斷機(jī)組的運(yùn)行工況，從而可自動(dòng)采集和存儲(chǔ)試驗(yàn)期間的所有數(shù)據(jù)。每次試驗(yàn)完畢后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析和處理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提取量化分析數(shù)據(jù)和曲線，利用系統(tǒng)提供的自動(dòng)狀態(tài)分析報(bào)告軟件，可以方便地生成各種性能試驗(yàn)報(bào)告。

5.5運(yùn)行檢修維護(hù)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)

系統(tǒng)可根據(jù)機(jī)組各部件運(yùn)行狀態(tài)，利用系統(tǒng)提供的各種專業(yè)分析工具，輔助分析異常原因，并根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行檢修。系統(tǒng)還能對(duì)比機(jī)組檢修前后的歷史數(shù)據(jù)，直觀評(píng)價(jià)檢修效果，或通過(guò)檢修后的各種機(jī)組常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合評(píng)價(jià)檢修后機(jī)組各部件特性。

5.6自動(dòng)狀態(tài)分析報(bào)告

系統(tǒng)提供一套自動(dòng)狀態(tài)分析報(bào)告生成軟件，可以自動(dòng)生成各種狀態(tài)分析報(bào)告，便于用戶了解和掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，指導(dǎo)機(jī)組檢修和優(yōu)化運(yùn)行。自動(dòng)狀態(tài)分析報(bào)告生成軟件結(jié)合了相關(guān)自動(dòng)診斷技術(shù)和分析工具，自動(dòng)選取相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和判斷，以易于理解的文字及圖表等方式，將機(jī)組狀態(tài)分析結(jié)果展示在報(bào)告中。系統(tǒng)可自動(dòng)生成的報(bào)告包括：實(shí)時(shí)狀態(tài)分析報(bào)告、定期分析報(bào)告、性能試驗(yàn)報(bào)告、檢修評(píng)價(jià)報(bào)告等。

5.7故障診斷

系統(tǒng)提供一套針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析診斷的專家系統(tǒng)，能對(duì)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等多設(shè)備進(jìn)行故障診斷。故障診斷系統(tǒng)包括報(bào)警預(yù)警平臺(tái)、在線自動(dòng)診斷程序、自動(dòng)診斷知識(shí)庫(kù)、分析診斷工具和診斷規(guī)則等。報(bào)警預(yù)警平臺(tái)能在線自動(dòng)捕獲狀態(tài)的變化，并觸發(fā)在線自動(dòng)診斷程序；自動(dòng)診斷程序通過(guò)提取故障診斷專家?guī)斓脑\斷規(guī)則，結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行分析診斷，得出結(jié)論并形成報(bào)告。系統(tǒng)的診斷知識(shí)庫(kù)具有開放性，可根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及特點(diǎn)不斷進(jìn)行修正，從而提高故障診斷的準(zhǔn)確度。

5.8系統(tǒng)通訊

系統(tǒng)提供對(duì)外接口，可與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和共享。系統(tǒng)通過(guò)單向網(wǎng)絡(luò)隔離裝置與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)連接，可將測(cè)量得到的機(jī)組擺度、振動(dòng)、壓力脈動(dòng)、氣隙等參數(shù)發(fā)布到電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中，使得有關(guān)人員在辦公室就可以瀏覽和分析數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過(guò)RS232/485接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行串行通訊，從監(jiān)控系統(tǒng)獲取諸如瓦溫、油溫、定子溫度等參數(shù)，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

6數(shù)據(jù)采集及管理

6.1數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)具備完備的數(shù)據(jù)采樣功能以保證系統(tǒng)能夠全面準(zhǔn)確地記錄機(jī)組的狀態(tài)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)采集均能自動(dòng)完成，不需用戶干涉。系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)相關(guān)工況參數(shù)判斷機(jī)組為過(guò)渡過(guò)程（啟停機(jī)、過(guò)速、甩負(fù)荷等）、暫態(tài)過(guò)程（并網(wǎng)/解列、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、負(fù)荷波動(dòng)等）、穩(wěn)態(tài)過(guò)程和故障狀態(tài)，并根據(jù)機(jī)組狀態(tài)采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集策略。

對(duì)于穩(wěn)態(tài)過(guò)程，為準(zhǔn)確獲取相關(guān)參數(shù)的相位和頻譜特征，系統(tǒng)采用整周期采樣方式，連續(xù)采樣8周期，每周期采樣256點(diǎn)。采用整周期采樣技術(shù)，可提供精確的頻率分布和對(duì)應(yīng)的幅值，為準(zhǔn)確分析和故障診斷提供技術(shù)保證。

對(duì)于其他狀態(tài)，系統(tǒng)采用連續(xù)錄波方式，分辨率為1ms。連續(xù)錄波過(guò)程由系統(tǒng)根據(jù)工況參數(shù)變化自動(dòng)觸發(fā)，不需人工干預(yù)，采樣時(shí)間也由系統(tǒng)根據(jù)工況變化自動(dòng)判斷。

當(dāng)有參數(shù)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)報(bào)警前、后5min的數(shù)據(jù)，便于對(duì)報(bào)警進(jìn)行分析和診斷。

6.2數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)

機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要采集和處理大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理策略是其核心技術(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于解決并發(fā)查詢性能，數(shù)據(jù)不進(jìn)行任何壓縮，因此，用于存儲(chǔ)機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大容量數(shù)據(jù)時(shí)，占用大量存儲(chǔ)空間，存取效率低下，數(shù)據(jù)庫(kù)可靠性低。傳統(tǒng)的機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為解決這個(gè)問(wèn)題，采取稀疏記錄的辦法，即數(shù)據(jù)不是全部存儲(chǔ)，而是選擇其中的少部分進(jìn)行存儲(chǔ)。這直接導(dǎo)致丟失很多有用的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理和存儲(chǔ)機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可支持多達(dá)10萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)，適合工業(yè)擁有大量測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)；同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，壓縮比可達(dá)100：5，能夠存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)而占用小的存儲(chǔ)空間，可以長(zhǎng)期、不經(jīng)過(guò)稀釋地存儲(chǔ)機(jī)組狀態(tài)原始數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)等。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)還具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法比擬的讀取速度，大大提高了數(shù)據(jù)的讀取效率，為后續(xù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用和挖掘提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

7預(yù)警及報(bào)警策略

報(bào)警是機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的常規(guī)功能，即當(dāng)監(jiān)測(cè)量超過(guò)設(shè)定限值后發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況比較復(fù)雜，不同工況下機(jī)組狀態(tài)變化很大，用一個(gè)限值來(lái)判斷是否報(bào)警顯然欠妥，容易產(chǎn)生誤報(bào)警和漏報(bào)警。東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況，按水頭、負(fù)荷等工況將機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分成不同工況，各工況單獨(dú)設(shè)定報(bào)警值，這樣能大大提高報(bào)警的準(zhǔn)確性，防止誤報(bào)發(fā)生。

預(yù)警是指狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的有關(guān)參數(shù)的變化，在報(bào)警之前提前發(fā)現(xiàn)機(jī)組缺陷或故障，給出預(yù)警信號(hào)。系統(tǒng)采用趨勢(shì)預(yù)警和樣本預(yù)警技術(shù)來(lái)進(jìn)行預(yù)警。趨勢(shì)預(yù)警指當(dāng)某一參數(shù)在同一工況下變化趨勢(shì)大于設(shè)定值后發(fā)出預(yù)警提示；樣本預(yù)警技術(shù)采用海量數(shù)據(jù)比較技術(shù)，將當(dāng)前數(shù)據(jù)與該工況下樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過(guò)分析當(dāng)前數(shù)據(jù)和樣本數(shù)據(jù)的幅值及頻率差別來(lái)發(fā)現(xiàn)異常并發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

基于工況的報(bào)警和預(yù)警技術(shù)可充分滿足水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況變化頻繁的特點(diǎn)，可以有效實(shí)現(xiàn)機(jī)組異常現(xiàn)象的早期預(yù)警提示和故障報(bào)警。

2012年以前，該系統(tǒng)只有8路報(bào)警輸出，不能清楚準(zhǔn)確的監(jiān)視相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警狀態(tài)，2012年，東風(fēng)電廠對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行完善，系統(tǒng)可提供40路報(bào)警繼電器空接點(diǎn)信號(hào)輸出，可以將報(bào)警及預(yù)警信號(hào)發(fā)送給其他系統(tǒng)（如監(jiān)控系統(tǒng)等），每個(gè)繼電器輸出均可通過(guò)軟件進(jìn)行邏輯組態(tài)，以確保系統(tǒng)的報(bào)警輸出符合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)。當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)報(bào)警/預(yù)警時(shí)，系統(tǒng)以醒目的顏色變化提示相關(guān)人員注意，同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)報(bào)警信息提示相應(yīng)的處理意見和可能的故障。系統(tǒng)所有報(bào)警事件均會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)，用戶可以通過(guò)事件列表調(diào)取事件記錄。報(bào)警和預(yù)警平臺(tái)流程圖如圖2。

圖2報(bào)警和預(yù)警平臺(tái)流程圖

8系統(tǒng)維護(hù)

機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行并切實(shí)發(fā)揮其應(yīng)有的作用，除了要有可靠的設(shè)備外，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的維護(hù)和檢修。東風(fēng)發(fā)電廠高度重視機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作，建立相應(yīng)的管理體制，不斷提高檢修維護(hù)水平，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）指定專門人員來(lái)管理和維護(hù)系統(tǒng)。這樣可以提高相關(guān)人員的責(zé)任心，使得他們可以更加深入了解和熟悉系統(tǒng)，不斷提高自身對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和維護(hù)水平，從而更好的維護(hù)系統(tǒng)。

（2）定期進(jìn)行巡檢。除了運(yùn)行人員定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢外，相關(guān)維護(hù)人員也定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。通過(guò)系統(tǒng)自診斷功能檢查系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)，尤其是各個(gè)傳感器、數(shù)據(jù)采集箱、狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)以及工作電源等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）納入技術(shù)監(jiān)督管理，按照相關(guān)規(guī)范，擬定檢定計(jì)劃，與有資質(zhì)的檢定單位簽訂合同，定期對(duì)測(cè)量通道精度、傳感器靈敏度及線性度等重要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)不滿足要求的傳感器進(jìn)行修理或更換，確保采集數(shù)據(jù)真實(shí)性及可靠性，從而真實(shí)反映發(fā)電機(jī)組的健康狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王昌長(zhǎng).電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司.東風(fēng)發(fā)電廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)技術(shù)方案[Z].

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）04-0026-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.008

收稿日期：2015-01-26

作者簡(jiǎn)介：江雨（1973-），女，工程師，從事水電企業(yè)生產(chǎn)管理工作。