實施運行工況監測　確保機組安全高效

劉錦碧　工　玲

目前。尤其在世界范圍內共同努力減少CO2排放量的目標下，水力發電的優越性越來越被人們所認識。如果公眾和政治上的認可，水力發電廠能夠對能源生產作出重大貢獻。但是，水電資源的開發是有限的，有必要對現有的電站進行科學管理，提高效率。為此，我們首先要從技術上優化電廠，其次要使電廠在沒有干擾的情況下安全、經濟、平穩地運行。對電站運行工況采取何種監測方法，對后者的影響非常大。

為使電站安全運行、避免停機，目前采用最普遍的方法是按預定計劃對電站進行預防性維護。按照這一程序，電站維護要根據運行經驗確定，或者按機組制造商、保險公司提供的機組維護時間表進行。這種定期設備檢修方法和系統部件的預防性更換必然會造成設備運行時間的減少、配件有效壽命的縮短，并因停機和維護增加設備在檢修中發生操作失誤的風險。這一方法同樣不利于發現正常運轉設備中的潛在威脅。由于這些原因，世界范圍內對新的監測方法的興趣正在不斷增加。

為達到這個目標，傳統的僅記錄一種機組運行工況參數(例如：振動監測)顯得不再夠用。我們需要建立新的設備檢測系統，它應該具備電站整體技術工況監測、警報提示、問題診斷、提供修正建議等功能。同時，這套系統還需要隨時顯示設備運行相關參數，以便于優化機組運行。

未來新監測系統應滿足不同的先決條件，延長機組運行時間，減少檢修時間，并使“無人值班、少人值守”的情況下安全、高效地管理設備成為可能。發電功率、效率，以及其他些特定技術參數的變化趨勢將更加詳細地監測，被監測數據的變化幅度必須保持在一個允許的范圍內。通過振動監測、油脂監測、熱紅外溫度監測、內窺檢查等手段，將會使機組運行的潛在危險得到有效提示。

監測一個對使用壽命要求嚴格，而其運行工況很難被觀測到的部件狀況是一項非常重要的工作。因為必須確保這類部件的剩余壽命是足夠的。本文重點考慮的是設備的低循環疲勞(1CF)還是高循環疲勞(HCF)，以及部件表面涂層狀況。在不同特性機組上安裝各類特別傳感器，能夠觀測到這些情 況。采用這種方法，可以在機組運行或停機過程中對一些有用的參數進行記錄、分析評估。

1振動監測

對于水力發電機組，軸承套的絕對振動值通常以振幅(μ m)或振動速率(mm／sec)作為測量參數。對軸相對振動，采用2個渦流傳感器，在每個測量平面按90度角放置的方法來測量。動態軸承運行軌跡的最大值( m))被用做測量參數。

著名的VDI手冊(2056一設備機械振動評估標準和Richtlinie 2059一渦輪機傳動軸振動)沒有包括設備監測儀器方面的任何說明。對于設備使用者，事實上在購買新設備或進行設備檢修、大的設備改造時，不用支付任何額外費用，制造商已在合同中作出了設備振動方面的很好的質量承諾。

VDI手冊(3841一機械包括轉動體的振動監測)包括了一些水電機組監測所需要的現代計量信息。VDI手冊(3839一準備之中)將給出更詳細的對振動方面的釋義和計量方法，如水輪機和泵的典型振動軌跡圖，以便于振動的分析和診斷。

在設備的機械整體性檢查過程中(如設備試運行、改造或調整期間)，要進行常規的監測，更要確定設備的振動狀況。這項工作對于設備在運行過程中出現各種干擾情況時非常重要。當干擾發生時，一臺非富余機組在報警區域運行，但考慮到其它更重要的因素，這臺機組必須繼續運行。在這種情況下，任何有關這臺機組運行工況的信息都是非常寶貴的，它可以幫助運行人員判斷在這種特殊情況下將設備運行到一個什么樣的時間再停機最合適。

為了提高非正常運轉時診斷的準確性，有必要完整記錄機組在正常運轉、開機和停機時，以及機組不同出力、轉速下的振動監測結果。在下列階段，振動問題可能對設備工作壽命起到非常關鍵的作用：

①新設備檢查或試運行期間；

②復試前后；

③設備改造或改變運行模式時；

④設備非正常運行。

設備振動狀況的記錄和評估，需要一套真實數據記錄和診斷系統、方法和具有豐富經驗的專家對監測成果進行準確解釋。設備工況監測流程示意圖如下：

2 磨損顆粒分析

不要與傳統的廢油料分析相混淆，潤滑油中磨損顆粒的分析是檢測油脂潤滑設備部件工況、發現設備早期磨損的有利工具。通過檢查潤滑油脂中帶有的顆粒，可以了解設備部件的磨損情況；通過分析油脂中磨損的或外來顆粒，有助于分析正常工況下機械設備的早期磨損與什么有關，為工況維護創造前提條件。

磨損顆粒因部件潤滑表面的磨損而形成，例如軸承。此外，外來雜物也可能進入潤滑系統。有經驗的分析專家可以據此判斷哪種情況屬于過早的非正常磨損，哪種情況屬于正常磨損。

磨損顆料分析經常分兩步進行。第一步，檢查潤滑系統中磨損顆粒的數量并記錄數據變化趨勢。這樣做，有助于發現任何過早非正常磨損，一旦確定發生了非正常磨損，就進入第二個步驟，即對磨損的原因進行診斷定義。

窺鏡微觀檢查常被用來確定是何種機制產生了這些顆粒。本文認為最重要的就是分析不同磨損方式下產生顆粒的大小尺寸和數量。在正常的工況下，磨損過程形成的顆粒尺寸小于10μm，這種尺寸的顆料經常存在于任何一個軸承中。換油時，所有的磨損顆料會被潤滑油一同帶走，可以近似認為小顆粒含量為零，當設備重新開始正常運轉時，就會觀察到小顆粒的數量開始增加。通過檢查更換的潤滑油是很難發現起始階段的非正常磨損。通過觀察大粒徑顆粒的密度，如大于l0μm的顆粒，可以了解一個動態平衡系統工作。因軸承磨損而形成的大磨損顆粒，由系統過濾裝置慮除。換油后，隨著正常磨損過程的開始，可以記錄到大粒徑顆粒的增加，其密度將回復到以前的平衡狀態。潤滑油中大小顆粒密度變化曲線如下圖示：

3熱紅外溫度監測技術

熱紅外溫度監測技術是一種識別機電部件溫度變化一一通常預示著設備運行故障即將發生的非直接接觸監測法。熱紅外溫度監測技術通過一臺紅外線傳感像機使被監測物成像，并將檢測到的信息轉換成電子信號送到VCR或計算機監識器。通過計算機對測量數據進行詳細分析、文件編制、數據管理等，并通過計算機軟件程序來處理和分析大量熱紅外溫度監測資料。

熱紅外溫度監測技術還有助于直觀地發現不正常的熱量損失部位一—可以肯定是絕緣損壞或絕緣不足。由于及時避免了意外停機，熱紅外溫度監測技術還是一種可以縮短停機時間的有效工具。電氣元件的熱紅外成像技術主要用于檢測由于過量接觸電阻引起的許多問題。正常情況下，過熱點往往由于部件松動、氧化、接頭的腐蝕或部件功能失效而造成。經常需要進行熱紅外溫度檢查的部位包括變電所、變壓器、硅可控整流器磁場、開關站、斷流器、保險絲、馬達及控制電纜

4內窺檢查法

可以通過原有孔洞或在容易打孔處開洞的方法安裝內窺鏡，以實現對中空部件或不易進入區域的檢測。內窺鏡同時可帶有照明燈，使觀察部位成像。它分為直管窺鏡和軟窺鏡兩類。經常用于一般非醫療領域的窺鏡常被稱作“孔鏡”、“內顯鏡”或“技術觀察鏡”。視頻窺鏡是目前最先進的—類，它可以便捷地連接到個人計算機上。

這類技術使得資料數字化存儲和圖片處理成為町能，如將各種計量數據存儲入庫；或將檢測結果傳輸到另一個需要它的終端。

5總結

目前采用的設備工況監測系統可以觀測到許多以前無法獲得的工況信息。由于這些原因，有必要重新審查以前的設備工況監測方法，根據需要進行補充、修改、完善，以適應不同的類型設備的運行要求。

工況監測系統安裝的一個基本原則是使用盡可能少的監測儀器，包括傳感器、放大器和指示器等，來獲得盡可能多而全面的檢測數據。對于水力發電設備而言，需要安裝監測水流危害(氣蝕)的高頻壓力傳感器。如果有必要，應該在設備上鉆孔進行內窺檢查。此外，還應該對某些設備的油脂潤滑系統進行改造，以便檢測、分析潤滑油中的磨損顆粒。

為盡量延長機組兩次檢修之間的運行期，縮短檢修時間，要重視監測儀器的使用壽命，重視設備、配件工況數據的統計、分析。在許多情況下，可以采用新的通訊科技實現遠控維護以彌補專業人才的缺乏。