水電站輔助設(shè)備數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用

◎羅德志

（作者單位：國(guó)家電投南昌生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心）

通過(guò)挖掘和分析水電站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)，優(yōu)化完善水電站故障預(yù)警和設(shè)備診斷功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的二次應(yīng)用，提高運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)質(zhì)量，為檢維人員進(jìn)行故障設(shè)備檢修消缺提供重要依據(jù)，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性，保障水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

國(guó)家電投南昌水電集控中心現(xiàn)接入水電站11座，水電站接入集控運(yùn)行后，其運(yùn)行方式由傳統(tǒng)的現(xiàn)地多人一站運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)橐蝗硕嗾具h(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行，每名集控運(yùn)行人員要肩負(fù)3-4個(gè)水電站遠(yuǎn)程值班監(jiān)盤(pán)與操作工作，其監(jiān)盤(pán)質(zhì)量直接關(guān)系到所監(jiān)控場(chǎng)站發(fā)供電設(shè)備的可靠運(yùn)行。通過(guò)對(duì)水電站數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，建立起設(shè)備故障診斷模型，然后在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其它輔助生產(chǎn)管理應(yīng)用，可以更好的監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，提升集控監(jiān)盤(pán)質(zhì)量。

一、水電站數(shù)據(jù)應(yīng)用簡(jiǎn)介

水電站設(shè)備參數(shù)主要有電量參數(shù)和非電量參數(shù)兩類(lèi)。電量參數(shù)包括頻率、額定電流、額定電壓、有功功率、無(wú)功功率、有功電度量等；非電量參數(shù)包括油壓、油位、氣壓、水壓、水位及各部軸承溫度等。通過(guò)挖掘發(fā)電機(jī)組主輔設(shè)備數(shù)據(jù)特征，便于從多方面分析可能出現(xiàn)的故障和故障性質(zhì)、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，為水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、變壓器、開(kāi)關(guān)、水泵、油泵、軸流風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和檢修維護(hù)提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，不斷提高設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷應(yīng)用水平。

二、輔助設(shè)備數(shù)據(jù)分析與診斷建模舉例

（一）立式水電機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)趨勢(shì)分析模型

1.分析所需數(shù)據(jù)。頂蓋水泵啟泵時(shí)間，頂蓋水泵停泵時(shí)間。

2.分析內(nèi)容：

（1）頂蓋水泵效率分析：在機(jī)組盤(pán)根漏水情況低于標(biāo)準(zhǔn)值的前提下，通過(guò)頂蓋水泵的單次運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判定該頂蓋水泵的工作效率。

分析運(yùn)算：在盤(pán)根正常狀態(tài)下的，頂蓋水泵啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)是固定的，如果水泵啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能是水泵效率低下、電機(jī)過(guò)載或控制回路故障等。根據(jù)頂蓋水泵單次抽水運(yùn)行時(shí)間特性，人工分析測(cè)算出頂蓋水泵正常運(yùn)行工效的上限值。（a）停泵時(shí)間- 啟 泵時(shí)間 ＜ 上限值，判定為正常狀態(tài)，不做告警提示。（b）停泵時(shí)間- 啟 泵時(shí)間 ≧ 上限值，判定為故障狀態(tài)，做告警提示。

（2）盤(pán)根漏水情況分析：在頂蓋排水泵效率正常的情況下，根據(jù)頂蓋排水泵啟動(dòng)間隔，分析盤(pán)根漏水情況，分析運(yùn)算設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值和上限值，標(biāo)準(zhǔn)值和上限值根據(jù)各機(jī)組實(shí)際運(yùn)行特性確定。（a） 啟動(dòng)間隔時(shí)間 ≧ 標(biāo)準(zhǔn)值，判定為正常狀態(tài)，不做告警提示。（b）啟動(dòng)間隔時(shí)間＜標(biāo)準(zhǔn)值，判定為缺陷狀態(tài)，做故障類(lèi)告警提示。（c）啟動(dòng)間隔時(shí)間＜下限值，判定為故障狀態(tài)，做事故類(lèi)告警提示。

（3）實(shí)例分析：江口#3、#4機(jī)組是同機(jī)型機(jī)組，用來(lái)對(duì)比分析。

（a）水泵效率分析：下表為近期江口#3、#4機(jī)組頂蓋排水泵啟動(dòng)時(shí)間及啟動(dòng)間隔時(shí)間。

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從上表可以看出水泵單次啟動(dòng)時(shí)間均為2-3秒。#3、#4機(jī)組頂蓋排水泵效率合格。將數(shù)據(jù)作為今后判定依據(jù)，設(shè)定頂蓋排水泵啟動(dòng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值為5s，單次啟動(dòng)時(shí)間小于5S判定為正常狀態(tài)，水泵抽水正常。單次啟動(dòng)時(shí)間大于5S，判定為缺陷狀態(tài)，做故障類(lèi)告警提示。

（b）盤(pán)根漏水情況分析：

（#3、#4開(kāi)機(jī)狀態(tài)下排水泵啟動(dòng)間隔）

（#3、#4停機(jī)狀態(tài)下排水泵啟動(dòng)間隔）

機(jī)情況下，機(jī)組在并網(wǎng)情況下盤(pán)根漏水較多，頂蓋排水泵啟動(dòng)間隔在13min-17min。因此設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值為10min，運(yùn)行機(jī)組頂蓋排水泵啟動(dòng)間隔大于十分鐘判定為正常狀態(tài)；小于十分鐘，做故障類(lèi)告警提示；設(shè)置5min為下限值，啟動(dòng)間隔小于5分鐘，做事故類(lèi)告警提示。

停機(jī)情況下，對(duì)比可以明顯看出在停機(jī)狀態(tài)下#3機(jī)組頂蓋排水泵啟動(dòng)間隔比#4機(jī)組更短，判斷#3機(jī)組盤(pán)根漏水情況比#4機(jī)組嚴(yán)重，可作為機(jī)組消缺、檢修時(shí)的數(shù)據(jù)幫助，針對(duì)性的處理盤(pán)根漏水量更大的機(jī)組滲漏問(wèn)題。

（二）立式水電機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)趨勢(shì)分析模型

同上述原理，將頂蓋排水系統(tǒng)變?yōu)檎{(diào)速器壓油系統(tǒng)，從壓油泵啟泵時(shí)間、起泵間隔分析調(diào)速器壓油泵運(yùn)行效率、調(diào)速系統(tǒng)漏氣跑油狀況。

1.壓油泵效率分析：下表為近期江口#3、#4機(jī)組調(diào)速器壓油泵啟動(dòng)時(shí)間及啟動(dòng)間隔時(shí)間。

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上表可以看出#3機(jī)壓油泵單次壓油泵啟動(dòng)時(shí)間穩(wěn)定在11s左右，#4機(jī)泵單次壓油泵啟動(dòng)時(shí)間在21s左右，將數(shù)據(jù)作為今后判定依據(jù)，設(shè)定#3機(jī)組壓油泵啟動(dòng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值為20s，單次啟動(dòng)時(shí)間小于20S判定為正常狀態(tài)，油泵打油正常；單次啟動(dòng)時(shí)間大于20S，判定為缺陷狀態(tài)，做故障類(lèi)告警提示。設(shè)定#4機(jī)組壓油泵啟動(dòng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值為30s，單次啟動(dòng)時(shí)間小于30S判定為正常狀態(tài)，水泵抽水正常；單次啟動(dòng)時(shí)間大于30S，判定為缺陷狀態(tài)，做故障類(lèi)告警提示。

2.調(diào)速器系統(tǒng)管路漏氣跑油情況分析：停機(jī)狀態(tài)下調(diào)速器壓油罐出口電磁閥處于關(guān)閉位置，壓油泵間隔時(shí)間可以體現(xiàn)壓油罐的密封性能；開(kāi)機(jī)狀態(tài)下壓油罐出口電磁閥處于打開(kāi)位置，壓油泵啟動(dòng)間隔時(shí)間可以體現(xiàn)調(diào)速器、管路、閥門(mén)等密封性能。下圖分別為機(jī)組開(kāi)停機(jī)狀態(tài)下壓油泵啟動(dòng)間隔時(shí)間對(duì)比圖。

（開(kāi)機(jī)狀態(tài)下壓油泵啟動(dòng)間隔對(duì)比）

（停機(jī)狀態(tài)下壓油泵啟動(dòng)間隔對(duì)比）

機(jī)情況下，兩臺(tái)機(jī)組壓油泵啟動(dòng)間隔時(shí)間在120-180min之間，時(shí)間正常，兩臺(tái)機(jī)組壓油罐密封性能良好，將數(shù)據(jù)作為今后判定依據(jù)。在停機(jī)狀態(tài)下，設(shè)定啟動(dòng)間隔標(biāo)準(zhǔn)值為60min，運(yùn)行機(jī)組壓油泵啟動(dòng)間隔大于十分鐘判定為正常狀態(tài)；小于60min，做故障類(lèi)告警提示；設(shè)置30min為下限值，啟動(dòng)間隔小于30min，做事故類(lèi)告警提示。

開(kāi)機(jī)狀態(tài)下通過(guò)對(duì)比明顯看出#3機(jī)組壓油泵啟動(dòng)間隔時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于#4機(jī)組，判斷#3機(jī)調(diào)速器、管路、閥門(mén)可能存在漏氣漏油現(xiàn)象。

三、結(jié)束語(yǔ)

水電站機(jī)組故障多為輔助設(shè)備故障，通過(guò)對(duì)輔助設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行挖掘分析，建立故障預(yù)警模型并應(yīng)用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)于提升運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)質(zhì)量和水電站安全運(yùn)行具有重要意義。