水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究新進(jìn)展

宋卓吏

國電電力發(fā)展股份有限公司太平哨發(fā)電廠

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究新進(jìn)展

宋卓吏

國電電力發(fā)展股份有限公司太平哨發(fā)電廠

設(shè)備狀態(tài)檢修是現(xiàn)階段世界上非常先進(jìn)的設(shè)備檢修管理方式，此種方式能夠很好的避免由于計(jì)劃檢修造成的設(shè)備過度維修以及失修等問題，并且能夠快速、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患以及缺陷，從而能夠更加針對(duì)性對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，能夠?yàn)殡姀S帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。所以，基于現(xiàn)有水電機(jī)組的實(shí)際情況來研究設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)以及診斷系統(tǒng)的狀態(tài)檢修模式，對(duì)于提升水電廠相關(guān)設(shè)備診斷以及維護(hù)的效率具有非常重要的意義。

水電機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷

在水電廠設(shè)備當(dāng)中，機(jī)電設(shè)備是對(duì)水電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有直接影響的設(shè)備機(jī)組，并且在水電機(jī)組的工程建設(shè)以及水電機(jī)組的運(yùn)行中起著越來越重要的作用。隨著當(dāng)今社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展理念的提出，為了讓水電廠更好地與社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，就必須加強(qiáng)水電廠機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作。

1 水電機(jī)組故障發(fā)生的特點(diǎn)

水電機(jī)組故障發(fā)生的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：復(fù)雜性特點(diǎn)。水電機(jī)組的系統(tǒng)組成十分復(fù)雜，涉及到機(jī)械系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、水力系統(tǒng)等諸多內(nèi)容，在其運(yùn)行過程中，機(jī)械、電磁、水力等因素均會(huì)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而引發(fā)各種故障。具體而言，包括轉(zhuǎn)動(dòng)部件失衡、部件脫落、法蘭連接松動(dòng)等，故水電機(jī)組振動(dòng)故障十分復(fù)雜；漸變性特點(diǎn)。水電機(jī)組在不同的運(yùn)行階段，其所表現(xiàn)出來的故障問題也存在差異，與其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備相比，水電機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢，在 100～200 轉(zhuǎn) /min 左右，因此水電機(jī)組突發(fā)性故障相對(duì)較少，振動(dòng)故障是其常見故障，通常是由于長期磨損或疲勞導(dǎo)致的，經(jīng)過長期積累形成的，故體現(xiàn)出漸變性的特點(diǎn)。

2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的范疇與現(xiàn)狀

水電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組各部位運(yùn)行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量系統(tǒng)。它是區(qū)別于“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)”的電廠的一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施涉及到計(jì)算機(jī)、通信、電氣、機(jī)械、水力等多個(gè)專業(yè)多個(gè)學(xué)科，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。一個(gè)完整的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括對(duì)機(jī)組以下各部位的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)：機(jī)組相應(yīng)部位的振動(dòng)、擺度、軸向位移、壓力脈動(dòng)、空氣間隙、磁通密度、局部放電、水輪機(jī)空蝕、定子線棒振動(dòng)、定轉(zhuǎn)子溫度、水輪機(jī)效率(流量)、主變壓器油色譜、勵(lì)磁系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備等。其一，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和產(chǎn)品的研制取得了一定的進(jìn)展。水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性(包括振動(dòng)、擺度和壓力脈動(dòng))監(jiān)測(cè)和主變壓器油色譜的監(jiān)測(cè)技術(shù)基本成熟，已廣泛地應(yīng)用到各種水電廠，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)重心已轉(zhuǎn)到發(fā)電機(jī)空間氣隙和磁場(chǎng)強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)絕緣局放、定子線棒振動(dòng)、水輪機(jī)空化氣蝕、水輪機(jī)效率等多種項(xiàng)目上來。其二，大多數(shù)早期建立的電廠，其機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較單一，或是采取了多個(gè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)，但是各項(xiàng)監(jiān)測(cè)相互獨(dú)立，此類電廠在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的應(yīng)用和管理方面還存在很大完善空間。一些建廠時(shí)間晚的現(xiàn)代化大型水電廠，如葛洲壩電廠、隔河巖電廠等，其機(jī)組設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加全面，且有一定的分析診斷能力。

3 水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷的主要內(nèi)容

3.1 水電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定監(jiān)測(cè)

水電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)包括以下幾種：進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)。振動(dòng)故障是水電機(jī)組最常見、最突出的故障，通常常采用低頻振動(dòng)速度傳感器及加速度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中采用電渦流位移傳感器、電容式非接觸位移傳感器監(jiān)測(cè)主軸擺度，并采用壓力傳感器進(jìn)行水壓脈動(dòng)監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)測(cè)過程中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、機(jī)組型號(hào)及實(shí)際容量選擇監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)。通常并非所有機(jī)組均需進(jìn)行全面的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，因?yàn)槎鄶?shù)機(jī)組故障發(fā)生均有特定的規(guī)律，且可反映出機(jī)組的安裝及運(yùn)行歷史記錄中，因此出于節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的角度，可根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況選擇最主要的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

在水電站運(yùn)行過程中，調(diào)速系統(tǒng)是重要的組成部分，其主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行控制及速度、功率的調(diào)節(jié)等，包括機(jī)組的開停機(jī)、并網(wǎng)等。調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象包括調(diào)速器系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備，其主要內(nèi)容包括控制參數(shù)、靜態(tài)特征參數(shù)、動(dòng)態(tài)特征參數(shù)、機(jī)組控制參數(shù)等等。調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性會(huì)對(duì)水電站、電網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)安全產(chǎn)生直接影響。不過現(xiàn)階段專門針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)研究還相對(duì)較少，多采用傳統(tǒng)的檢修方法。我國研究出一種水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真測(cè)試裝置，其具備系統(tǒng)仿真、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷等功能，相信隨著水電機(jī)組故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的故障診斷技術(shù)也會(huì)得到迅速發(fā)展。

3.3 建立起合適的專家系統(tǒng)

對(duì)于水電機(jī)組運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)來說，需要注意的內(nèi)容包括：①明確與我國實(shí)際情況相符合的水電機(jī)組故障診斷模式；②按照水電機(jī)組檢測(cè)專家系統(tǒng)的建設(shè)基本原則來確定出專家系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。水電機(jī)組運(yùn)行設(shè)備診斷模式能夠很好的建立起工程專家以及診斷專家的聯(lián)系，診斷模式直接決定了專家系統(tǒng)的推理機(jī)制以及控制策略等相關(guān)問題。從現(xiàn)階段來看，我國已經(jīng)建立起了很多的診斷模式和相應(yīng)的專家系統(tǒng)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中也取得了一定的成績，但是因?yàn)檫@些系統(tǒng)自身存在著一定的問題造成達(dá)不到真正診斷的目的，并且也不能真正反映出機(jī)組的運(yùn)行特性以及運(yùn)行規(guī)律，不能清楚的辨識(shí)出機(jī)組的故障位置以及嚴(yán)重程度等等。另外，系統(tǒng)的智能化程度相對(duì)較低，造成診斷結(jié)果不能很明確的表示出來，更多是依靠工程師的技術(shù)水平。所以要更加深入的研究適合我國水電機(jī)組自身特性以及故障特性的診斷模型，在此基礎(chǔ)上才能建立起準(zhǔn)確可靠、真實(shí)可信的專家系統(tǒng)。

綜上所述，線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷通過對(duì)機(jī)組各種狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，捕捉早期故障征兆，根據(jù)其發(fā)展趨勢(shì)和歷史記錄，對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)故障分析，有利于水電廠制定合理的設(shè)備檢修計(jì)劃，對(duì)提高水電機(jī)組運(yùn)行安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。

[1] 劉娟，潘羅平，桂中華，周葉. 國內(nèi)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

[2] 聶學(xué)兵.水電廠機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢修可行性初探[J].民營科技，2013(12).

[3] 唐擁軍，潘羅平. 游程編碼壓縮技術(shù)在水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 大電機(jī)技術(shù)，2010(2).