基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的水電廠設備運行分析

高 凡，柏文珺，李 寧

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水電廠設備運行情況對機組安全穩(wěn)定運行具有極其重要的作用。隨著水電廠機組運行年限的增加，其安全穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，機組運行過程中存在較大的不確定性，設備運行異常情況發(fā)生頻率呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。

目前，對水電廠設備運行情況的研究主要集中在提高設備運行可靠性[1-2]、設備長周期運行措施制定[3-4]等方面。很少基于機組運行歷史數(shù)據(jù)進行分析研究。

鑒于目前研究的不足，本文以機組實際運行數(shù)據(jù)為依據(jù)，應用統(tǒng)計學的方法對設備運行情況進行統(tǒng)計分析[5]。首先，對2015-2019年5年間設備運行異常次數(shù)進行統(tǒng)計，然后分別對不同月份設備異常次數(shù)進行統(tǒng)計分析，其次對自動化設備、繼電保護設備、一次設備、機械設備和水工設備在不同年份運行異常情況進行統(tǒng)計分析，再次，對歷年設備缺陷進行統(tǒng)計分析，評估設備健康程度，最后對自動化設備、繼電保護設備、一次設備、機械設備和水工設備運行異常出現(xiàn)頻次較高的設備進行分析研究，并對機組運行和檢修計劃提出相應的建議。

1 設備運行異常頻次統(tǒng)計分析

水電機組設備眾多，其大致可分為自動化設備、繼電保護設備、一次設備、機械設備和水工設備五個部分。

對A廠水電機組歷年運行異常情況進行統(tǒng)計分析，有助于了解設備健康情況，以便制定相應的運行方式和檢修、改造計劃。

根據(jù)2015-2019年A廠的歷史運行數(shù)據(jù)，對5年時間里設備運行異常情況進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結果如圖1所示。

從圖1知，2015-2019年5年時間里，設備運行異常次數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，主要由于隨著設備運行時間延長，老化嚴重導致其運行異常次數(shù)增加。

為探究設備在不同月份運行情況，將不同月份設備運行異常次數(shù)進行統(tǒng)計，其運行異常次數(shù)變化如圖2所示。

從圖2可知，不同年份在不同月份設備運行異常次數(shù)均存在一定的變化；結合五年歷史運行數(shù)據(jù)來看，機組在8月設備運行異常次數(shù)較其它月份偏多，主要由于在汛期機組長時間大負荷運行導致機組損傷較大，其健康性較其他月份偏低，導致其運行可靠性降低。4月總體運行異常次數(shù)較少，主要由于機組剛經(jīng)過春季檢修，其可靠性較高。

為進一步分析不同設備在2015-2019年運行異常情況，將不同設備在這5年期間的運行異常次數(shù)進行統(tǒng)計分析，其統(tǒng)計結果如圖3所示。

圖3 不同年份不同設備運行異常次數(shù)統(tǒng)計

從圖3可知，該廠自動化設備運行異常出現(xiàn)頻率較高，主要由于自動化元器件出現(xiàn)老化所致。對比分析2015年至2019年運行異常數(shù)據(jù)知，自動化設備和機械設備運行異常次數(shù)均呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，可見A廠的自動化設備和機械設備存在老化加劇的趨勢，需要定期檢修并逐步進行升級改造。

為進一步評估設備的健康狀態(tài)，對歷年設備缺陷進行研究，有助于客觀的反應設備的健康狀態(tài)，以便制定相應的檢修和改造計劃。為探究不同設備缺陷情況，將2015年至2019年五年時間設備缺陷情況進行統(tǒng)計分析，歷年設備缺陷數(shù)統(tǒng)計結果如圖4所示。

圖4 歷年設備缺陷次數(shù)統(tǒng)計

從圖4可知，不同年份設備缺陷數(shù)存在一定波動，且自動化設備缺陷數(shù)量明顯高于繼電保護設備、一次設備和機械設備。對比分析圖3、圖4，設備缺陷數(shù)和運行異常數(shù)存在相似性，可見自動化設備運行異常主要由于設備缺陷所致，其健康性較差。為進一步評估自動化設備的健康程度，對歷年缺陷數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，自動化設備缺陷主要集中在通訊中斷、勵磁系統(tǒng)、技術供水、調(diào)速器四個方面。

2 設備運行異常分析評估

2.1 自動化設備異常分析

對A廠自動化設備2015到2019年五年的運行異常和缺陷歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，運行異常出現(xiàn)頻率較高的設備主要集中在：勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器、排水系統(tǒng)、通訊中斷四個方面，其統(tǒng)計結果如表1所示。

表1 2015-2019年自動化設備異常統(tǒng)計

從表1可知，勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器、技術供水系統(tǒng)和通訊中斷故障次數(shù)均呈現(xiàn)出增長趨勢。分別對四種運行異常情況進行分析，勵磁系統(tǒng)故障集中在勵磁觸摸屏死機，主要由于勵磁自動化元件老化所致，需進行改造升級；調(diào)速器故障主要集中在通道切換失敗和油位計斷層兩個方面，通過對油位計進行整體更換后其出現(xiàn)異常次數(shù)明顯減小，對調(diào)速器程序進行優(yōu)化后通道切換失敗現(xiàn)象消失；技術供水系統(tǒng)集中在主要集中在自動化元器件異常導致其數(shù)值顯示不準，主要由于自動化元件老化所致，通過更換自動化元件后均能正常顯示；通訊中斷主要集中在狀態(tài)監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)通訊兩個方面，對其程序進行優(yōu)化后，通訊中斷問題得到明顯改善。

2.2 繼電保護設備異常分析

繼電保護設備在2015至2019年運行異常主要集中在電制動開關、保護盤和廠用電三個方面，對其出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結果如表2所示。

從表2可知，機組保護盤告警和廠用電故障次數(shù)均呈現(xiàn)出增長趨勢。分別對三種運行異常情況進行分析，電制動開關異常主要由于電制動電動機直流電源Q02脫扣所致，通過對其進行更換后未出現(xiàn)脫扣現(xiàn)象；機組保護盤告警主要集中A廠2F停機時出現(xiàn)轉子一點接地告警信號，該信號屬于誤報，其報警信號出現(xiàn)后須待機組停機后進行復歸，該缺陷待保護改造時進行處理；廠用電主要集中在開關不能正常電氣分合閘，通過對控制回路進行處理后均能恢復正常。

表2 2015-2019年繼電保護設備異常統(tǒng)計

2.3 一次設備與水工設備異常分析

2015-2019年一次設備和水工設備運行異常較少，一次設備主要運行異常和開關脫扣和電機運行異常，均由于設備老化嚴重導致，通過對其更換后均能恢復正常運行。水工設備異常主要在橋機電動葫蘆故障，2019年對其進行大修后，運行異常明顯較少。

2.4 機械設備異常分析

在2015至2019年間機械設備運行異常主要集中在空壓機、調(diào)速器、排水系統(tǒng)和技術供水四個個方面，對其出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結果如表3所示。

表3 2015-2019年機械設備異常統(tǒng)計

從表3可知，空壓機運行異常呈現(xiàn)出較快增長趨勢，主要由于在2018年改變了微正壓運行方式，導致其運行頻率明顯增加，使得其生命周期縮短，故其運行異常出現(xiàn)頻率偏高；調(diào)速器系統(tǒng)運行異常主要集中在壓力表滲油和壓差裝置報警；排水系統(tǒng)故障主要集中在滲漏泵和檢修泵盤根甩水，技術供水運行異常主要出現(xiàn)在滲水方面，對其進行密封處理后均恢復正常運行。

3 結 語

本文基于A廠設備運行歷史數(shù)據(jù)對2015年至2019年五年間設備運行異常情況和設備缺陷進行統(tǒng)計分析，經(jīng)過對比5年的歷史數(shù)據(jù)得到如下結論：

一是該廠設備呈現(xiàn)出老化嚴重的問題，特別是勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器，需要對其改造升級；二是對微正壓運行方式進行優(yōu)化，能夠有效降低其運行異常次數(shù)；三是機械設備在密封方面需要進行改進。