發(fā)電機組在線監(jiān)測智能診斷系統(tǒng)在梯級流域運行管理的應用

劉立春

（國家能源集團國電枕頭壩發(fā)電有限公司，四川 樂山 614000）

當前，發(fā)電企業(yè)迫切需要通過優(yōu)化生產(chǎn)，結合科學高效的管理手段滿足電力生產(chǎn)安全穩(wěn)定的要求，要實現(xiàn)這一要求，必須保證設備正常運行，提高生產(chǎn)效益，減少不必要的設備維修時間，因此，利用可靠的設備監(jiān)測手段，提高對設備運行狀態(tài)的把控，加強設備維護的計劃性與針對性，預知性維護的管理模式勢在必行。通過設備檢測可以發(fā)現(xiàn)早期故障征兆，對故障部位、故障程度、發(fā)展趨勢做出分析判斷，在設備性能下降到預設嚴重程度之前，實行計劃性定點維修。本文主要介紹了枕頭壩電廠梯級流域運行管理系統(tǒng)。

1 枕頭壩水力發(fā)電廠發(fā)電機組檢修管理的現(xiàn)狀

枕頭壩水力發(fā)電廠主要是發(fā)電和防洪于一體，電站采用兩級堤壩式開發(fā)方案，一級裝機容量為72萬kW，二級裝機容量為23萬kW，總裝機95萬kW，多年平均發(fā)電量42.52億kw·h。公司堅持發(fā)展高質量、建設高標準、運營高效益、管理高水平的發(fā)電廠，以數(shù)字化、智能化和精細化運行管理，著力研究并實施最先進的設備管理方案在所屬的流域電廠。

水輪發(fā)電機組近年的技術發(fā)展迅速，從裝機容量，到絕緣技術，乃至結構工藝都有很大改進，針對不同設備情況，絕緣、潤滑油等材料的不同，必然會要求量身定制的設備維護手段，原有模式的計劃性檢修手段勢有待進一步改革、優(yōu)化。

基于以上原因，枕頭壩電廠在全面提升質量管理的同時，關注發(fā)電機組的運行狀況參數(shù)。枕頭壩電廠在原有對振動，擺度，軸向位移，壓力脈動在線智能診斷系統(tǒng)基礎上，增加了發(fā)電機組局部放電在線監(jiān)測技術應用。通過系統(tǒng)的傳感技術、信號檢測、信號處理、智能分析等技術，全面、準確地掌握機組運行狀況。為電廠的設備狀態(tài)診斷、運行狀態(tài)進行實時的人工干預和狀態(tài)檢修提供了有效的數(shù)據(jù)支撐和技術保障。

2 水輪發(fā)電廠在線監(jiān)測的必要性

一直以來，設備的管理理念都是推行預防、預知性計劃檢修的模式。同時，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，設備檢修的管理已逐步向狀態(tài)檢修演變。狀態(tài)檢修的實質就是：通過先進的技術手段，收集設備現(xiàn)在的各種數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行分析對比，對設備數(shù)據(jù)預判斷，從而決定是否需要合理安排實施停機檢修。

狀態(tài)檢修管理理念有效實施的基本要素如下。

（1）加強完善設備的數(shù)據(jù)管理是實施狀態(tài)檢修的基礎。建立完善的基礎數(shù)據(jù)庫，加強設備預維護管理，提升設備管理人員工作效率，是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的基礎。通過發(fā)電機組在線監(jiān)測數(shù)據(jù)能對水輪發(fā)電設備的性能狀況有深層次的了解和把握，在設備性能發(fā)生變化時能及時進行診斷、處理，根椐預知故障信息合理安排檢修項目和檢修周期。

（2）實施設備在線監(jiān)測是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的必要條件。水輪發(fā)電機組局放在線監(jiān)測時收集設備運行中的特性參數(shù)，通過分析這些特性參數(shù)及時掌握設備的性能狀態(tài)，為安全運行提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)預知設備異常，根據(jù)設備的健康狀態(tài)來安排檢修計劃，實施設備檢修。

（3）利用設備監(jiān)測信息，實時、有效地進行故障診斷是狀態(tài)檢修的關鍵。故障診斷就是通過設備狀態(tài)的監(jiān)測信息，在后臺對監(jiān)測的信息進行大規(guī)模的計算，將捕捉到的各種參數(shù)，依據(jù)診斷知識，對設備故障的類型、區(qū)域、程度等給出相關故障診斷信息，為設備狀態(tài)檢修提供依據(jù)，實現(xiàn)發(fā)電設備預維護。

3 水輪發(fā)電廠在線監(jiān)測效果

枕頭壩水力發(fā)電廠在4F機組安裝了在線監(jiān)測裝置（GuardⅡ局放監(jiān)測主機＋9顆16kV環(huán)氧云母耦合電容器，信號傳送系統(tǒng)，中文智能分析系統(tǒng)），該裝置能針對機組運行狀態(tài)做出相應的采集和分析，能將發(fā)電機定子繞組當前局放的數(shù)據(jù)客觀反映出來。4F的在線監(jiān)測裝置投運后對設備的局部放電情況進行了實時監(jiān)測，從目前得到的數(shù)據(jù)分析來看，這兩臺機組運行狀態(tài)正常，沒出現(xiàn)任何異常情況。枕頭壩水力發(fā)電廠4F三相在機組投運（2020.6)到(2020.7）期間局放趨勢如圖1、2、3所示。

圖1 A相局放檢測結果

3.1 水輪發(fā)電廠定子線棒在線監(jiān)測系統(tǒng)智能診斷

在線監(jiān)測系統(tǒng)工作站，由數(shù)據(jù)服務器、WEB服務器、工業(yè)交換機等硬件及數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)分析軟件及智能監(jiān)測預警系統(tǒng)等組成。在線監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)深化智能分析模塊，構建智能分析模型，輔以大數(shù)據(jù)診斷，對設備狀態(tài)監(jiān)控，從而實現(xiàn)設備預警，故障診斷智能化升級。常見的在線監(jiān)測故障診斷包括以下幾種：

圖2 B相局放檢測結果

圖3 C相局放檢測結果

（1）數(shù)據(jù)對比診斷：將當前在線監(jiān)測采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比，通過智能計算數(shù)據(jù)分析對已呈現(xiàn)的現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)對比診斷。

（2）閥值診斷：依據(jù)專業(yè)工程師長期積累的經(jīng)時間考驗的數(shù)據(jù)來設定最大與最小限定值。

（3）故障圖形分析診斷 ：故障圖形分析是一種圖形展示，它把預判設備故障及故障原因以圖表方式表現(xiàn)出來，能直觀地反映設備故障、故障大致位置等，也能粗步分析故障程度原因。

（4）基于數(shù)學模型故障診斷：以系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)學模型為基礎，同時，運用傳感器、參數(shù)模型等辨識方法，然后，基于規(guī)定的準則和閾值進行診斷。

3.2 設備狀態(tài)檢修實施意義

首先，提高了設備的可靠性和可用率。由于水電廠發(fā)電成本的優(yōu)勢，使當前各水電廠積極追求大幅度提高機組運行小時，盡力壓縮電廠對機組的檢修時間，從而有可能使發(fā)電設備欠維修和可靠性的降低。這種現(xiàn)狀迫使各電廠必須改變目前的生產(chǎn)管理思路，在對設備檢修的項目安排和時間的組織采用狀態(tài)檢修的管理模式已勢在必行。其次，大部分電廠都在嘗試實行削減各級檢修人員的配備，提高檢修人員效率，降低電廠設備檢修費用。依托在線監(jiān)測系統(tǒng)診斷結果，結合設備工程師實際經(jīng)驗對設備結果進行判讀。同時，根椐發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)計劃安排，對企業(yè)的人、財、物等因素進行充分分析，最終做出科學合理的檢修決策、制訂檢修計劃，選擇最合理的時機實施完成設備檢修。設備檢修完成后，運用在線監(jiān)測手段，針對性驗證、評價設備檢修做出維修是否正確、處理是否有效。

4 結語

目前，國電大渡河流域各級電站的發(fā)電設備狀態(tài)檢修工作正在積極穩(wěn)步完善，將同一電廠不同機組的局放監(jiān)測數(shù)據(jù)集成，為各電廠的局放數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)一預留可接入大渡河梯級流域運行管理系統(tǒng)的接口，為將來實現(xiàn)智能化、大數(shù)據(jù)、專家診斷系統(tǒng)提供堅實的基礎。枕頭壩電廠的狀態(tài)監(jiān)測管理手段已經(jīng)在實際檢修計劃的制訂中起到了非常顯著的參考指導效果?？梢灶A見，依據(jù)在線監(jiān)測實現(xiàn)狀態(tài)檢修這一先進的技術和管理體制必將在大渡河流域得到推廣和應用，取得令人矚目的經(jīng)濟效益和社會效益。