水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中的故障和診斷技術(shù)

國家電投集團(tuán)江西電力有限公司江口水電廠 江明

1 進(jìn)行水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的意義

檢測水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)核心目的就是希望在第一時間發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并針對問題提出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電工程的平穩(wěn)運(yùn)行。

進(jìn)行水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的意義主要包含兩個方面。

一是可以通過避免發(fā)電設(shè)備被迫停運(yùn)減少水利工程不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)踐中，水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷往往執(zhí)行以預(yù)防為主的管理模式，技術(shù)人員會根據(jù)設(shè)備原有的檢修要求定期對設(shè)備的運(yùn)行情況作出檢測，并通過分析檢測結(jié)果來開展后續(xù)的控制工作，盡可能降低設(shè)備停止運(yùn)行的概率[1]。

二是可以提升資源的利用率?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷技術(shù)的升級優(yōu)化帶來強(qiáng)勁的動力，相關(guān)的檢測設(shè)備和診斷技術(shù)也都得到了更好的發(fā)展。在這一背景下構(gòu)建常態(tài)化的水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷機(jī)制，可以將設(shè)備的價值發(fā)揮到最大，防止資源閑置造成浪費(fèi)，切實(shí)提升水利工程的綜合價值。

2 水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中的故障和診斷基本流程

水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的實(shí)施必須遵循一定的執(zhí)行流程，并確保相關(guān)處理工序的完整性、規(guī)范性，充分發(fā)揮水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的真正價值。

2.1 查詢歷史數(shù)據(jù)

相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該通過查詢設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)了解設(shè)備整體的運(yùn)行狀態(tài)，對與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行全面收集，并借助科學(xué)的方法和手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效評估，為后續(xù)檢修計劃的制定提供幫助。

2.2 監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)

技術(shù)人員監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況是分析水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，診斷故障必不可少的環(huán)節(jié)。在實(shí)踐中常規(guī)的設(shè)備監(jiān)測方法可以分為在線檢測和離線監(jiān)測兩大類。水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷通常會選在線監(jiān)測的方法。技術(shù)人員可以依托DAS系統(tǒng)對監(jiān)測的結(jié)果作出分析，在構(gòu)建基礎(chǔ)分析模型后獲得DAS系統(tǒng)信號的數(shù)字量和模擬量。

2.3 明確監(jiān)測頻率

技術(shù)人員在對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測時，應(yīng)該將設(shè)備自身的運(yùn)行狀態(tài)因素納入到綜合考量范圍內(nèi)，在制定相關(guān)檢修方案的同時對自身的管理經(jīng)驗(yàn)作出總結(jié)，提升分析過程的有效性和合理性，為后續(xù)設(shè)備故障的規(guī)范處理提供保障。技術(shù)人員在實(shí)踐中應(yīng)該以水力發(fā)電設(shè)備的故障P～F 間隔為依據(jù)，明確設(shè)備的監(jiān)測頻率。同時，還應(yīng)該對監(jiān)測設(shè)備的有關(guān)操作要點(diǎn)和分析要點(diǎn)作出分析，為設(shè)備運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)的合理性提供保障。技術(shù)人員還應(yīng)該以一段監(jiān)測頻度的處理結(jié)果為依據(jù)，搭配自身具備的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備檢修的執(zhí)行方案作出合適的調(diào)整[2]。

2.4 捕捉故障前信息

技術(shù)人員想要提升設(shè)備故障診斷的合理性和準(zhǔn)確性，在明確獲取數(shù)據(jù)必要性的基礎(chǔ)上，應(yīng)及時捕捉設(shè)備故障前的信息，將其作為分析故障類型的依據(jù)，并對下一階段的故障發(fā)展趨勢作出準(zhǔn)確預(yù)測，盡可能地避免故障二次發(fā)生。

2.5 作好檢修決策

在順利完成上述設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評估和分析工作之后，技術(shù)人員應(yīng)該對故障診斷內(nèi)容進(jìn)行全面的整理和總結(jié)，并以此為依據(jù)作好水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障檢修決策的制定。

在實(shí)踐中，技術(shù)人員應(yīng)該選取滿足水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的檢修決策優(yōu)化模型，較為常見的模型主要包括這幾個方向。一是隨機(jī)濾波模型，該模型主要以線性模型為支撐，對設(shè)備內(nèi)的系統(tǒng)情況作出準(zhǔn)確的描述，并通過測定系統(tǒng)噪聲高斯數(shù)值來完成較好的估值均值的評估活動。二是PHM 模型，該模型可以對發(fā)電設(shè)備的部件運(yùn)行情況和系統(tǒng)功能保留情況進(jìn)行全面的預(yù)測，并進(jìn)一步獲取相關(guān)部件剩余使用壽命和正常工作時間預(yù)測結(jié)果。在這一環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員應(yīng)該將數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和提取、數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果等已經(jīng)獲取到的數(shù)據(jù)作為預(yù)測依據(jù)，將傳感器數(shù)據(jù)匯總的價值發(fā)揮出來，切實(shí)做到統(tǒng)計結(jié)果分析的優(yōu)化，以此獲得更加明確的水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。三是馬爾科夫決策模型，該數(shù)學(xué)模型的建立以序貫決策為基礎(chǔ)，依托智能體的狀態(tài)分析結(jié)果開展環(huán)境模擬，準(zhǔn)確、及時地完成變量分析，提升下一階段故障分析的科學(xué)性。

2.6 指導(dǎo)培訓(xùn)

在對水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的經(jīng)驗(yàn)作出總結(jié)之后，應(yīng)該組織相關(guān)技術(shù)人員開展集中培訓(xùn)，對其實(shí)施不同種類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢修工作提供指導(dǎo)，在對監(jiān)測頻率做出強(qiáng)化的基礎(chǔ)上完成應(yīng)急處理措施的全面落實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷體系的優(yōu)化。

3 水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中故障和診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 采取故障樹診斷法

故障樹診斷法是一種較為傳統(tǒng)的水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障診斷方法，需要技術(shù)人員總結(jié)設(shè)備故障形成的總體原因，并對這些原因進(jìn)行針對性地細(xì)化分類。在繪制故障樹時，應(yīng)該將樹枝自身的整體形狀作為基礎(chǔ)，將出現(xiàn)概率最大的設(shè)備狀態(tài)放在樹的最頂端位置，查找導(dǎo)致該故障出現(xiàn)的原因，并使用特殊的邏輯符號完成不同原因之間邏輯關(guān)系的標(biāo)注，依據(jù)從上到下的原則針對現(xiàn)有的故障問題進(jìn)行分級處理。技術(shù)人員在合理利用故障樹的過程中，可以準(zhǔn)確找到其中的薄弱環(huán)節(jié)，并針對該環(huán)節(jié)提出優(yōu)化對策[3]。

3.2 強(qiáng)化電刷碳刷檢查

技術(shù)人員在進(jìn)行水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障診斷的過程中，要強(qiáng)化對電刷運(yùn)行狀態(tài)的檢查，特別是電刷存在不打火的問題時，應(yīng)該檢查電刷是否存在接觸性問題。在實(shí)踐工作中，電刷的溫度較高但是可以打火，其自身的接觸性很可能處于一個較為良好的狀態(tài)，此時就不應(yīng)該對其進(jìn)行處理，防止打火現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的檢查結(jié)果更換、處理不同類型的碳刷，在實(shí)踐中如果碳刷上方與刷握保持平齊就應(yīng)該及時進(jìn)行更換，但同一排碳刷的更換數(shù)量不可超過3 塊。除此之外，還應(yīng)該確保每塊碳刷與刷環(huán)之間的接觸面積在75%以上。同時，技術(shù)人員在著手更換碳刷之前，應(yīng)該進(jìn)行針對性的打磨，保證滑環(huán)與碳刷在相交位置開始逐漸呈現(xiàn)出更為粗糙的狀態(tài)，以此強(qiáng)化二者間的接觸效果。

3.3 注重安全問題

安全問題是開展水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷過程中最為重要的內(nèi)容。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該在開始對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢修時，應(yīng)該制定一個科學(xué)性較強(qiáng)的執(zhí)行計劃，針對不同的設(shè)備選用不同的管理強(qiáng)度，以此提高水力發(fā)電設(shè)備的使用性能和安全性。在準(zhǔn)備檢修之前，應(yīng)該全面分析相關(guān)人員的專業(yè)能力，判定他們的綜合素質(zhì)水平，確保執(zhí)行水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷任務(wù)的技術(shù)人員具備較為可靠的專業(yè)素養(yǎng)。做好檢修計劃和檢修方案的有效融合，對設(shè)備的運(yùn)行情況作出準(zhǔn)確全面的分析，為下一次水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷奠定基礎(chǔ)。

3.4 科學(xué)選取水力發(fā)電設(shè)備

在選擇發(fā)電設(shè)備時，必須保證是正規(guī)廠家的產(chǎn)品，具備相應(yīng)的合格證書，并且較為耐用，從質(zhì)量層面為水力發(fā)電設(shè)備安全、穩(wěn)定地運(yùn)行提供保障，并減輕技術(shù)人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障進(jìn)行分析的難度，方便技術(shù)人員準(zhǔn)確判定設(shè)備故障出現(xiàn)的位置，并采取針對性的措施。同時，需要定期開展水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在問題并進(jìn)行針對性的維修，減少因水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3.5 強(qiáng)化水電設(shè)備檢修過程管理

通過分析水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的基本流程可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的整體檢修過程較為復(fù)雜，必須進(jìn)行全過程的管理。

檢修設(shè)備是水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的基礎(chǔ)，因此檢修設(shè)備的管理應(yīng)該是全過程管理的第一步。相關(guān)人員必須做好設(shè)備的設(shè)計選型、制造安裝等任務(wù)，在條件允許的范圍內(nèi)選取質(zhì)量好、可靠性高并且檢修更為方便的設(shè)備，并在使用前對相關(guān)檢修設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備運(yùn)行沒有問題后才能投入水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作中。在日常的水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷管理中，相關(guān)人員要定期對維修設(shè)備進(jìn)行分析檢查，查看設(shè)備的完整性和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并定期對老舊設(shè)備進(jìn)行淘汰，從縱向和橫向兩個方向開展設(shè)備的比較，全面了解水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷技術(shù)的發(fā)展水平[4]。對水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的相關(guān)資料要做好保存和管理，以此為設(shè)備的理論和實(shí)踐研究提供支持，并與同行業(yè)人員積極交流。

4 強(qiáng)化水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中故障和診斷技術(shù)應(yīng)用成效的建議

水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷需要構(gòu)建一個科學(xué)、系統(tǒng)的處理制度，并實(shí)現(xiàn)該制度的全面落實(shí)，使得最后的檢修成效能夠達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)技術(shù)人員需要制定一個合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并搭配相應(yīng)的管理制度，對水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作提供專業(yè)的指導(dǎo)，確保運(yùn)維工作能夠有序開展。例如，在實(shí)踐工作中，應(yīng)該對起重、運(yùn)輸工作給予一定的重視，并根據(jù)機(jī)組類型的不同選用不同的檢修控制，提高水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作的精細(xì)化程度，從實(shí)效性和科學(xué)性角度為檢修工作提供保障。還應(yīng)注意設(shè)備監(jiān)測的全面性，確保能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)和維修提供指引。

相關(guān)部門要重視員工的培訓(xùn)管理，定期組織水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷技術(shù)人員參加階段性培訓(xùn)活動，強(qiáng)化他們對水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障檢修具體流程內(nèi)容的認(rèn)知，制定科學(xué)合理的檢修計劃，提升員工執(zhí)行具體工序時的規(guī)范程度，為水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作質(zhì)量提供保障。同時，還要確保相關(guān)技術(shù)人員在著手負(fù)責(zé)水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作時接受專業(yè)的崗前培訓(xùn)，查驗(yàn)相關(guān)人員的專業(yè)性資質(zhì)證明，保證能夠真正了解檢修工作的實(shí)際工作要點(diǎn)，并且以此提高水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷工作的適配性。目前的檢修工作需要構(gòu)建一個完善的事故預(yù)防管理機(jī)制，針對檢修工作的“提前量”作出要求，全面落實(shí)雙線并行的管理模式，盡可能地減少安全隱患。

5 結(jié)語

進(jìn)行水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷可以避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源利用率的優(yōu)化。在實(shí)踐工作中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該遵循查詢歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)、明確監(jiān)測頻率、捕捉故障前信息、作好檢修決策、指導(dǎo)培訓(xùn)的流程，做好水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷。合理地應(yīng)用故障樹診斷法，強(qiáng)化電刷碳刷檢查，注重安全問題，科學(xué)選取水力發(fā)電設(shè)備，強(qiáng)化水電設(shè)備檢修過程的管理，構(gòu)建一個科學(xué)、系統(tǒng)的處理制度，推動水力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)故障和診斷的高質(zhì)量發(fā)展。