水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用

摘要：科學(xué)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷是保證水電機(jī)組安全運(yùn)行的重要方法，本文首先分析了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)意義。其后具體探討了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用，最后圍繞某工程案例展開(kāi)論述，以期可供參考。

關(guān)鍵詞：水電機(jī)組;狀態(tài)監(jiān)測(cè);診斷技術(shù);工程案例

1引言

近年來(lái)，我國(guó)水電事業(yè)發(fā)展迅猛，各地水電站建設(shè)數(shù)量、規(guī)模不斷增大，相應(yīng)的為滿足實(shí)際發(fā)電需求，水電機(jī)組結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高的要求。為保證水電機(jī)組可靠運(yùn)行，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)逐漸得到了大范圍的推廣應(yīng)用，其可有效監(jiān)控機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常數(shù)據(jù)，判斷是否存在故障，確保各類故障在第一時(shí)間得到妥善的處理，維護(hù)機(jī)組正常運(yùn)行。

2水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)意義

基于我國(guó)新能源戰(zhàn)略的逐步落實(shí)，水電工程發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示（圖1），2019年上半年，全國(guó)新增水電裝機(jī)容量為182萬(wàn)千瓦，總裝機(jī)容量達(dá)3.54億千瓦。

圖12010～2019年上半年全國(guó)水力發(fā)電裝機(jī)容量（數(shù)據(jù)來(lái)源：北極星電力網(wǎng)）

水電機(jī)組是水電工程的核心所在，為滿足國(guó)家能源需求，水輪機(jī)不斷朝著高水頭、大容量的方向發(fā)展，確保其穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵，一旦機(jī)組某個(gè)部件在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，極易導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)行失穩(wěn)、出力振蕩，甚至引發(fā)嚴(yán)重安全問(wèn)題。此外，不少水電機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行多年，隨著運(yùn)行時(shí)間的還需增加，設(shè)備健康狀況也在持續(xù)劣化，機(jī)組安全問(wèn)題日益突出。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，水電機(jī)組逐漸從“事后檢修”、“定期檢修”，向著“狀態(tài)檢修”的方向推進(jìn)[1]。狀態(tài)檢修，要求機(jī)組不停機(jī)情況下，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種隱患，合理預(yù)測(cè)機(jī)組未來(lái)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的檢修管理，由此狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用研究，對(duì)于準(zhǔn)確掌握機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，合理調(diào)整機(jī)組運(yùn)行工況、發(fā)現(xiàn)解決故障問(wèn)題具有重要意義。

3水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)，主要是利用傳感、信息技術(shù)等，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控狀況;故障診斷，則是根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象情況，對(duì)機(jī)組故障位置、原因、類型等進(jìn)行分析，并提出處理對(duì)策。

3.1水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理，主要通過(guò)設(shè)置不同傳感元件，采集機(jī)組運(yùn)行信息，由數(shù)據(jù)采集器處理后，最后輸出相應(yīng)的圖表、曲線、波形圖等，為下一步診斷工作提供有效參考依據(jù)[2]。

3.1.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

水電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)對(duì)象包括發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、主變壓器等，具體檢測(cè)內(nèi)容如下圖2所示。

3.1.3狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法眾多，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目的、要求等，可將其劃分為如下表1所示幾種方法。

3.2故障診斷技術(shù)

水電站機(jī)組設(shè)備故障診斷，主要是以狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，判斷設(shè)備整體、局部運(yùn)行是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、提出解決措施，具體如下圖3所示。

圖3水電站機(jī)組故障診斷技術(shù)邏輯圖

目前，不少故障診斷系統(tǒng)，主要作為機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)高級(jí)功能模塊出現(xiàn)，很多狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不具有故障診斷功能，主要由人工判斷機(jī)組健康狀態(tài)、潛在故障[3]。

4工程案例

4.1水電站概況

本文僅以某水電廠項(xiàng)目為例展開(kāi)分析，此水電廠共設(shè)有5臺(tái)機(jī)組，配置TN8000狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析故障診斷系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：機(jī)組振動(dòng)、大軸擺度、空氣間隙、局部放電等。

4.2監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)每個(gè)機(jī)組設(shè)1個(gè)數(shù)據(jù)采集站，所有傳感器類型如下表2所示，配置狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、工程師工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

4.3機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

（1）振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)：本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組振動(dòng)、擺度及其過(guò)程量的采集，并以數(shù)據(jù)表格、曲線等形式顯示，為機(jī)組穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠依據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障查找。

（2）壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)過(guò)流部件壓力脈動(dòng)，實(shí)時(shí)顯示相關(guān)波形、頻譜，分析水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

（3）發(fā)電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)各磁極氣隙變化，分析判斷轉(zhuǎn)子、定子中心偏移量，及時(shí)發(fā)展異常情況。

（4）發(fā)電機(jī)局部放電監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括放電脈沖的各相放電量、相位、次數(shù)等，通過(guò)曲線形式表現(xiàn)出來(lái)，明確當(dāng)前絕緣狀態(tài)。

4.4系統(tǒng)報(bào)警與預(yù)警功能

本系統(tǒng)通過(guò)提取、預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)變量，提供多種報(bào)警功能，包括以下幾種：

（1）報(bào)警事件列表;

（2）矢量靶區(qū)報(bào)警;

（3）頻譜靶區(qū)報(bào)警;

（4）趨勢(shì)報(bào)警。

4.5系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，實(shí)時(shí)記錄機(jī)組穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)劃分不同數(shù)據(jù)庫(kù)，具體如下所示：

（1）歷史數(shù)據(jù)庫(kù);

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);

（3）異常數(shù)據(jù)庫(kù);

（4）黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù);

（5）過(guò)渡過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù);

（6）樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.6遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷

本系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建廠級(jí)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，具有相應(yīng)權(quán)限的用戶可通過(guò)特定網(wǎng)址實(shí)時(shí)查看機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，不僅有利于提高工作效率，也可及時(shí)得到專家的支持[4]。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，且自身存在設(shè)備種類多、結(jié)構(gòu)各異的情況，極易出現(xiàn)各種安全隱患。對(duì)此，為保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)檢修方法逐漸得到了推廣應(yīng)用，狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)的使用得到了重視，其可提供自動(dòng)分析、報(bào)警等功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常，將所有安全隱患遏制在萌芽狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宏.水電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷現(xiàn)狀與發(fā)展[J].華東電力，2010，038（008）：1176-1180.

[2]潘羅平，安學(xué)利，周葉.基于大數(shù)據(jù)的多維度水電機(jī)組健康評(píng)估與診斷[J].水利學(xué)報(bào)，2018，049（009）：1178-1186.

[3]劉東，王昕，黃建熒，等.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的水電機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2019，38（02）：114-122.

[4]周葉，唐澍，潘羅平.HM9000ES水電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2014，012（001）：104-108.

作者簡(jiǎn)介：黃程（1989—），男，漢，湖南益陽(yáng)人，本科，助理工程師，研究方向：水電生產(chǎn)技術(shù)。