淺析水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司 江 斌

在電廠中，水電機(jī)組是其中十分重要的一個(gè)設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)與水電廠運(yùn)行的安全性有著直接的聯(lián)系。在我國水電工程不斷發(fā)展與進(jìn)步的情況下，水電機(jī)組就必須向著以下幾個(gè)方面發(fā)展：效率更高；容量更大；轉(zhuǎn)速更快；水頭更高等，除此之外，為了能夠更好的滿足當(dāng)前時(shí)代對(duì)機(jī)組的更高需求，還應(yīng)該盡量選擇具有高強(qiáng)度的材料以及靈活性更高的構(gòu)件。為了能夠讓水電組實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定、安全且可靠的運(yùn)行，就需要在線監(jiān)測水電組的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)的診斷分析，為了能夠提高這些工作的準(zhǔn)確性和效率，可以在這個(gè)過程中使用水電組狀態(tài)檢測系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng)，接下來是將系統(tǒng)收集到的有關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測分析，從而更好的排查機(jī)組運(yùn)行過程中存在的問題，并及時(shí)的采取合理的措施加以解決，避免機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障問題。為此，本文對(duì)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究與分析，為后續(xù)相關(guān)工作的進(jìn)行提供了一定的參考和依據(jù)。

1.引言

在我國電力企業(yè)不斷發(fā)展的過程中，為了能夠進(jìn)一步提高相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加市場競爭力，可以采取以下措施：其一是降低維修設(shè)備的成本；其二是進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。為了保障水電機(jī)組能夠順利穩(wěn)定運(yùn)行，我國傳統(tǒng)的方式是實(shí)行計(jì)劃檢修制度，雖然取得了一定的效果，但是其還存在著以下幾種缺點(diǎn)：一是缺乏針對(duì)性；二是維修過于盲目；三是無法對(duì)設(shè)備故障提前防范等，因而該法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前時(shí)代對(duì)水電機(jī)組的需求。這種情況下，出現(xiàn)了一種全新的維修模式即狀態(tài)維修，這種方法具有相對(duì)比較強(qiáng)的針對(duì)性，而且能夠在先進(jìn)設(shè)備檢測技術(shù)以及設(shè)備診斷系統(tǒng)的應(yīng)用下對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行仔細(xì)的監(jiān)測分析，從而能夠盡早發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并及時(shí)采取合適的應(yīng)對(duì)策略加以解決，不僅大幅度降低了維修的費(fèi)用，而且還提高了維修工作的工作效率，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性，避免了有關(guān)安全事故的發(fā)生。

2.水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)相關(guān)分析

對(duì)于水電機(jī)組來說，其狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)

對(duì)于此類監(jiān)測技術(shù)來說，其監(jiān)測的主要內(nèi)容涉及以下三方面：第一方面是對(duì)機(jī)組的水壓脈動(dòng)的監(jiān)測；第二方面是對(duì)主軸擺度的監(jiān)測；第三部分則是對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)的監(jiān)測，其又包括監(jiān)測分析系統(tǒng)部分和振動(dòng)傳感器部分。對(duì)于監(jiān)測分析系統(tǒng)來說，其主要作用有：采集相關(guān)數(shù)據(jù)、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以及分析采集到的數(shù)據(jù)信息，從而能夠全面的了解振動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并以這些數(shù)據(jù)為主要依據(jù)判斷發(fā)生振動(dòng)的主要原因并給出相對(duì)應(yīng)的解決措施。而對(duì)于振動(dòng)傳感器來說，其收集信息的主要來源是可以表征機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的非電量特征參數(shù)，并將其提供給監(jiān)測系統(tǒng)，供其使用。

2.2 水輪機(jī)效率監(jiān)測技術(shù)

對(duì)于水輪機(jī)效率的監(jiān)測主要具有以下兩方面的重要作用：其一是可以進(jìn)一步提高機(jī)組的自動(dòng)化水平；其二是可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行的穩(wěn)定性。水輪機(jī)效率監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測內(nèi)容主要包括以下幾方面：一是采集測量無功功率的參數(shù)；二是采集測量有功功率的參數(shù)；三是采集測量接力器行程的參數(shù)；四是采集測量工作的參數(shù)；六是采集測量水輪機(jī)流量的參數(shù)。對(duì)于監(jiān)測水輪機(jī)流量來說，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行監(jiān)測的方法有不少，但是可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測的則只有以下兩種方法：第一種是蝸殼差壓法，這種方法不僅容易操作而且造價(jià)相對(duì)比較低，具有很高的實(shí)用性；第二種則是超聲波法，這種在線監(jiān)測方法因?yàn)槭芴厥饬鞯罈l件的影響，因而需要進(jìn)一步提高其測量的準(zhǔn)確度和可靠性。

2.3 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度監(jiān)測技術(shù)

對(duì)于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度監(jiān)測技術(shù)來說，其監(jiān)測的過程主要如下，首先是要對(duì)發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測，這個(gè)過程中主要使用的儀器有以下兩種：一個(gè)是配套前置器；另一個(gè)則是平板電容式傳感器。接下來是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采集監(jiān)測到的有關(guān)數(shù)據(jù)。最后是將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來并輸出給相關(guān)工作人員，以便于工作人員能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的部位，并進(jìn)一步采取合適的措施加以解決，從而保證系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行。

2.4 水輪機(jī)空化在線監(jiān)測

水輪機(jī)如果遭到破壞，極有可能會(huì)造成空化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)直接影響到水輪機(jī)原有的能量特性，主要可以從以下幾點(diǎn)來考慮：降低出力以及效率；增加水輪機(jī)的水壓脈動(dòng)以及機(jī)組的振動(dòng)。除此之外，泥沙的磨損也會(huì)在很大程度上降低機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，并增加檢修工作的工作量以及維修設(shè)備的相關(guān)成本投入。因此，為了保證水電組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)收益，在最大限度上降低水輪機(jī)空化所帶來的破壞性，就需要進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)于水輪機(jī)空化現(xiàn)象的研究，從而充分了解其產(chǎn)生的原理、條件以及后果等方面。

2.5 絕緣局放監(jiān)測技術(shù)

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以知道，在水機(jī)組中，其發(fā)生的故障中有一般左右是電氣方面的故障。局部放電是電力故障類型中十分常見的一種故障類型，主要指的是在水輪機(jī)的定子繞組絕緣層位置出現(xiàn)了非貫穿性放電現(xiàn)象。而絕緣局放監(jiān)測技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)定子繞組的有效在線監(jiān)測，從而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中所存在的故障，避免一些重大事故的發(fā)生，保障了水電組運(yùn)行的安全性與相關(guān)工作人員的人身安全。

2.6 主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)

對(duì)于電力變壓器來說，其內(nèi)部故障主要包括以下幾種類型：其一是絕緣受潮問題；其二是放電性故障；其三是過熱性故障等。為了能夠更好的監(jiān)測其內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)的問題，多會(huì)采用色譜分析技術(shù)，通過分析變壓器油中的氣體來實(shí)現(xiàn)。主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)可以通過對(duì)油氣的在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其中隱藏的問題，并及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，避免出現(xiàn)故障，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

3.水電機(jī)組故障診斷相關(guān)技術(shù)分析

針對(duì)水電機(jī)組所存在的故障問題，本文主要給出了下列相關(guān)故障診斷技術(shù)，希望能夠?yàn)樗姍C(jī)組的故障診斷提供一定的參考和依據(jù)。

3.1 新型信號(hào)分析技術(shù)

在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測的過程中，如果監(jiān)測時(shí)間比較久，那么其振動(dòng)信號(hào)就會(huì)不規(guī)則或是發(fā)生一定的變化，也就是說，現(xiàn)階段我國的診斷系統(tǒng)還不能夠?qū)@些振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效而合理的分析。但是對(duì)于隨機(jī)信號(hào)而言，小波分析技術(shù)則具有對(duì)其進(jìn)行分析的能力，因而對(duì)于相關(guān)企業(yè)來說，其未來分析振動(dòng)信號(hào)的發(fā)展方向就是這種新型信號(hào)分析技術(shù)。

3.2 全息譜分解技術(shù)

在分析采集到數(shù)據(jù)的時(shí)候，傳統(tǒng)的分析方法就是頻譜分析法，這種分析法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于水電機(jī)組故障的診斷，但是其缺點(diǎn)是不能夠分析相位信息，這在一定程度上降低了診斷故障的可靠性。而全息譜分解技術(shù)則能夠?qū)ο辔恍畔⑦M(jìn)行準(zhǔn)確的分析，在很大程度上提高診斷故障結(jié)果的精確度。

3.3 多傳感器信息融合技術(shù)

多傳感器信息融合技術(shù)中會(huì)利用以下幾方面信息：其一是專家的經(jīng)驗(yàn)；其二是關(guān)系信息；其三是頻域數(shù)據(jù)信息；其四則是傳感器時(shí)域信息等，并在結(jié)合推理、相關(guān)理論以及網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，給出不明確的信息，進(jìn)行融合診斷。

3.4 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

為了能夠進(jìn)一步提高水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的技術(shù)水平，可以在水電機(jī)組中結(jié)合當(dāng)下比較先進(jìn)的技術(shù)，主要有：其一監(jiān)測和故障診斷技術(shù)；其二虛擬儀器技術(shù)；其三計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

4.結(jié)束語

綜上所述，為了能夠更好的提高水電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，保證其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，就應(yīng)該不斷提高水電機(jī)組狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)，保證水電機(jī)組各個(gè)器件都能夠穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)的監(jiān)測出其隱藏的故障問題，并采取合適的措施進(jìn)行解決。具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。