水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)策

張瑜 曹塞峰

摘要：隨著電力系統(tǒng)“廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的改革深入，提高設(shè)備的可靠性和降低維修成本將是發(fā)電企業(yè)不斷追求的目標(biāo)，在發(fā)電廠(chǎng)實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修是必然的發(fā)展趨勢(shì)。因此，詳細(xì)探究水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成和應(yīng)用至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組;狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);應(yīng)用

水電機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的研制，國(guó)內(nèi)已有近二十年的歷史，有的產(chǎn)品的質(zhì)量和性能已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，可以滿(mǎn)足在線(xiàn)檢測(cè)的需求。水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析診斷系統(tǒng)的主要作用是對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、擺度、局部放電等狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控在水電站的普遍使用和技術(shù)的不斷提高，大部分電站已經(jīng)安裝了振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備并已投入運(yùn)行。狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)，只有在充分掌握設(shè)備狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上，才能科學(xué)合理的安排檢修。雖然我國(guó)在狀態(tài)檢修上應(yīng)用較晚，但是由于各行各業(yè)的廣泛需求，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

1水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1傳感器

傳感器是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，傳感器的可靠、準(zhǔn)確與否，將直接影響到全套系統(tǒng)的整體性能。根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，選擇滿(mǎn)足實(shí)際需要的各類(lèi)傳感器，是機(jī)組實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的首要工作。目前，應(yīng)用較廣泛的傳感器有電渦流傳感器、電容式位移傳感器、低頻速度傳感器、加速度傳感器、壓力脈動(dòng)傳感器、差壓變送器、電容耦合器等，同一類(lèi)型的傳感器測(cè)量精度、工作范圍也多種多樣，一般根據(jù)機(jī)組運(yùn)行需要進(jìn)行選擇。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型水電機(jī)組為了確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性多用進(jìn)口傳感器，例如：德國(guó)Schenck、加拿大Vibrosystm傳感器等，但隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)化水平的提高，國(guó)產(chǎn)傳感器的市場(chǎng)占有率也在逐年提高。

1.2數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元的類(lèi)型也很多，主要負(fù)責(zé)各種信號(hào)的采集、存儲(chǔ)和預(yù)處理，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，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、并將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至數(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。當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的是TN8000數(shù)據(jù)采集箱，它具有以下特點(diǎn)：

①采用標(biāo)準(zhǔn)的積木式插拔模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)量、信號(hào)類(lèi)型進(jìn)行靈活配置。②基于計(jì)算機(jī)終端技術(shù)、MNA技術(shù)、FIFO技術(shù)及最新模擬數(shù)字電子技術(shù)開(kāi)發(fā)的硬件系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。③整周期控制電路采用新穎的自適應(yīng)鎖相環(huán)技術(shù)，避免了在信號(hào)分析中的泄露效益和柵欄效應(yīng)。④針對(duì)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)特性設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，保證了采集信號(hào)的完整性。

1.3上位機(jī)單元

上位機(jī)單元包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及打印機(jī)等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)傳輸多采用開(kāi)放的分層分布式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)的要求，并滿(mǎn)足工業(yè)通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

2水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功效特征

2.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：它是體系的關(guān)鍵特點(diǎn)，對(duì)于設(shè)備的運(yùn)作模式開(kāi)展綜合化的監(jiān)測(cè)，而且判別其是不是處在一種合理的模式。同時(shí)通過(guò)機(jī)組布置圖及數(shù)值表監(jiān)視可了解傳感器的整體布局、具體通道名稱(chēng)、通道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的值，這樣方便工作者了解具體的運(yùn)作狀態(tài)。同時(shí)，還設(shè)置了全天候的跟蹤體系，這樣便于工作者能夠更加直觀的分析設(shè)備。

2.2數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析的主要目標(biāo)是對(duì)體系獲取的信息進(jìn)行分析匯總，從而得知一些能夠體現(xiàn)其運(yùn)行特征的信息，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠明確設(shè)備的運(yùn)作模式。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)分析還能夠提供波形曲線(xiàn)分析、階次比分析、相位圖分析、功率譜分析、軌跡分析、多軌跡分析、瀑布圖分析、轉(zhuǎn)速級(jí)聯(lián)譜分析、極坐標(biāo)分析等一系列的分析工具。

2.3狀態(tài)報(bào)告：通過(guò)對(duì)選擇不同時(shí)期的機(jī)組數(shù)據(jù)制作各種不同功能目的的機(jī)組報(bào)告，這樣方便測(cè)試信息的存放。

2.4報(bào)警預(yù)警：實(shí)時(shí)自動(dòng)判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。如果狀態(tài)出現(xiàn)變化，則能夠盡快的進(jìn)行預(yù)警活動(dòng)，有利于工作人員在最快的時(shí)間之中獲取設(shè)備的不正常的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2.5故障診斷：提供機(jī)械設(shè)備狀況異常部位的詳細(xì)數(shù)據(jù)及惡化水平，便于設(shè)備的檢修活動(dòng)的正常開(kāi)展，進(jìn)而生成非常有效的裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)體系。

2.6指導(dǎo)運(yùn)行：關(guān)注所有的關(guān)鍵信息，對(duì)其開(kāi)展在線(xiàn)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)，確保體系有非常合理的運(yùn)作信息，為機(jī)組積累機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行情況及變化趨勢(shì)建立檔案，并形成廠(chǎng)內(nèi)水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，便于指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行在合適的工況區(qū)。

2.7遠(yuǎn)程分析與診斷：系統(tǒng)采用基于B6模式的Internet技術(shù)，使其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到的地方（包括廠(chǎng)內(nèi)各主管技術(shù)部門(mén)、遠(yuǎn)程分析中心或?qū)＜遥?，都可有效地?duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，制作相應(yīng)的狀態(tài)報(bào)告，支持運(yùn)行分析中心的建立和工作。

3水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)策

3.1指導(dǎo)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行

通過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量，實(shí)時(shí)反應(yīng)機(jī)組在不同工況下振動(dòng)、擺度情況：通過(guò)系統(tǒng)的報(bào)警功能提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，避開(kāi)振動(dòng)擺度超標(biāo)區(qū)運(yùn)行，可有效預(yù)控因振動(dòng)擺度過(guò)大造成對(duì)設(shè)備的損壞;通過(guò)對(duì)各種電氣參數(shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的故障啟動(dòng)定值對(duì)照模擬量、開(kāi)關(guān)量，一旦滿(mǎn)足啟動(dòng)條件即啟動(dòng)系統(tǒng)故障錄波，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整電氣參數(shù)保持在正常范圍內(nèi)。

3.2指導(dǎo)機(jī)組狀態(tài)檢修

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)供電設(shè)備均采用定期預(yù)防性試驗(yàn)和定期計(jì)劃?rùn)z修，即“計(jì)劃?rùn)z修，到期必修”的做法。這種檢修體制在現(xiàn)今高度自動(dòng)化設(shè)備的水電站不斷暴露出許多弊端，諸如，計(jì)劃?rùn)z修針對(duì)性不強(qiáng)，存在很大的盲目性;計(jì)劃?rùn)z修造成很多不必要的浪費(fèi)和過(guò)多的損失，甚至對(duì)設(shè)備產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)、出現(xiàn)負(fù)作用;計(jì)劃?rùn)z修的周期不符合現(xiàn)代化設(shè)備壽命及故障發(fā)生規(guī)律等等。機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一種技術(shù)先進(jìn)的裝備和檢測(cè)手段為狀態(tài)檢修提供了可靠的保障。機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)水力機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性、定轉(zhuǎn)子空氣間隙、水輪機(jī)空化噪音、發(fā)電機(jī)局部放電、發(fā)電機(jī)故障錄波、變壓器局部放電和油色譜等的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出變化趨勢(shì)并提供相應(yīng)的處理指導(dǎo)措施。

結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)水電事業(yè)的快速發(fā)展，水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到快速的推廣和應(yīng)用，并取得了良好的效果，為機(jī)組的安全運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持。但是，水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，因此，只有通過(guò)精心安排、嚴(yán)格管理，才能保證系統(tǒng)的正常投運(yùn)和長(zhǎng)期穩(wěn)定的發(fā)揮作用。

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