水電廠輔助設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)研究

[摘要]首先介紹了設備狀態(tài)檢修技術的發(fā)展和水電廠機組狀態(tài)檢修系統(tǒng)在國內(nèi)的實際應用情況，分析了水電廠輔助設備開展狀態(tài)檢修的必要性和可行性，同時提出了系統(tǒng)研究的關鍵技術。在此基礎上闡述了水電廠輔助設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)的框架和信息化模型。

[關鍵詞]水電廠輔助設備；狀態(tài)檢修系統(tǒng)；智能化水電廠

[中圖分類號]TM621.6[文獻標識碼] A

1引言

“狀態(tài)檢修”的基本思想是，讓設備盡可能長時間地處于運行狀態(tài)，只有到設備結構和性能即將破壞的臨界狀態(tài)才停運檢修。狀態(tài)檢修系統(tǒng)，就是對運行中的設備實施數(shù)據(jù)采集、實時顯示、在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析，并通過采用合理的系統(tǒng)架構、先進的信息化技術，有效的對設備運行狀態(tài)進行系統(tǒng)監(jiān)測、分析，盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預防性措施，避免發(fā)生嚴重事故，保證設備的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，并以此指導設備檢修。[1]

幾十年來，我國水電廠檢修模式采用的一直都是“事后檢修”或“計劃檢修”模式。這兩種檢修模式都存在著很大弊病：“事后檢修”模式，是在設備發(fā)生故障后才進行檢修，此時故障已經(jīng)發(fā)生，損失已經(jīng)造成；“計劃檢修”是按照統(tǒng)一的或者規(guī)定的檢修周期進行過檢修，必然出現(xiàn)“檢修過剩”和“檢修不足”，不僅不能充分發(fā)揮設備的潛能，耗費大量的財力和人力，而且不能及時發(fā)現(xiàn)故障的存在，不僅帶來經(jīng)濟上的損失、人力的浪費，而且還有可能引發(fā)災難性的事故。

當前，水電廠設備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)的研究，在國內(nèi)方興未艾。國內(nèi)各大水電企業(yè)都在探索基于設備診斷的狀態(tài)檢修策略，目的就是為了進一步提升對設備的掌控能力[2]。目前，水力發(fā)電主設備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修決策輔助系統(tǒng)（以下簡稱“機組狀態(tài)檢修系統(tǒng)”）已經(jīng)在國內(nèi)很多大中型水電廠，如三峽、魯布革、水口等電廠，得到了較多應用。2012年3月，由南京南瑞集團公司自主研發(fā)的我國首套完整的水電廠主設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及其狀態(tài)檢修決策一體化平臺誕生并投入實際使用。

例1，某大型水電廠供水系統(tǒng)，配置水泵為立式離心水泵，配用功率200 kW，水泵同軸電機功率200 kW，額定功率359 A，額定電壓380 V，功率因數(shù)0.89，效率為94.9%。水泵用三相異步電動機，感性負載。

系統(tǒng)投運初期，根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測記錄到電流電壓數(shù)據(jù)，電壓高低為385V，電流大小為359A，可計算出感應電機傳動給水泵的功率為：

=1.732×385×369×0.89×0.949=207 821.8 W

可見，該電機運行一段時間之后，電流越來越大，發(fā)熱量以及噪音也越來越大，效率越來越低，繼續(xù)發(fā)展下去極易造成電動機絕緣擊穿、燒毀等事故。本例也可在系統(tǒng)內(nèi)設置好報警閥值，除去三相感應電動機本身正常允許的損耗外，電機其余基本損耗和雜散損耗超出某設定值之后，自動降低系統(tǒng)當前健康等級。

對單個輔助設備系統(tǒng)來說，電機運行參數(shù)僅僅是影響設備健康狀態(tài)評估指標之一。影響輔助設備健康狀態(tài)的因素有很多，通過對這些因素的把握，可以有效評估單個設備的健康狀態(tài)。

例2，某大型水電廠高壓氣系統(tǒng)，配置有2臺高壓氣機輪換運行，在某單位統(tǒng)計時段1h內(nèi)，2臺氣機連續(xù)啟動，啟動時間間隔低于正常氣機啟動時間，并多次兩臺氣機同時運行。高壓氣機停運期間，氣罐氣壓變化速度較大。在該段時間內(nèi)，該電廠各臺機組的補氣閥并未開啟，即高壓氣罐沒有向機組調(diào)速器壓油裝置補氣。

高壓氣系統(tǒng)的生產(chǎn)流程一般都具有明顯的規(guī)律性和周期性，對其規(guī)律性和周期性的總結，有助于了解系統(tǒng)的習性。然后根據(jù)實時信息的特征，配合系統(tǒng)一些狀態(tài)的監(jiān)視測量，自動給出推理結論。

上表就是該電廠根據(jù)日常運行經(jīng)驗，總結的高壓氣系統(tǒng)異常啟停與相應故障的對應關系。

本例診斷組合條件就是：①高壓氣機啟動頻繁，停運時間過短；②壓油裝置補氣閥關閉，且動作次數(shù)為0；③停運期間，氣罐氣壓下降速度明顯高于正常速度。狀態(tài)評估模塊很容易就可以初步診斷出高壓氣系統(tǒng)漏氣。

本例就是典型的采用正反向混合推理，根據(jù)實時處理得到的信息與知識庫中的原始數(shù)據(jù)或證據(jù)進行向前推理，得出可能成立的故障結論，然后，以這些假設為結論，進行反向推理，尋找支持這些假設的事實或證據(jù)。

7.3檢修策略建議

決策建議模塊以設備狀態(tài)評價結果為基礎，綜合考慮風險評估結論，建立設備狀態(tài)和設備失效風險度二維關系模型，綜合優(yōu)化輔助設備檢修次序、檢修時間和檢修等級安排。并依據(jù)狀態(tài)檢修導則確立的分級維修標準，確定具體的檢修項目和檢修時間，最終將建議結果遞交設備管理人員或傳送到相關的外部生產(chǎn)管理系統(tǒng)實施安排。

檢修計劃的決策需要綜合考慮多方面因素。一是要研究輔助設備狀態(tài)檢修的標度，確定輔助設備狀態(tài)評價的依據(jù)，建立輔助設備狀態(tài)好壞的標準，并建立設備狀況標準庫。二是研究設備狀態(tài)檢修決策技術，涉及設備故障狀態(tài)識別、設備信息綜合管理、檢修風險分析、備品備件管理、維修人員管理、設備檢修成本構成及估算方法、設備檢修效益分析、檢修策略決策研究等問題。在未來一段時間內(nèi)，輔助設備檢修還將依賴于人為的分析和判斷來指導并制定檢修計劃。

參考文獻

[1]馮文貴，黃定奎.東風發(fā)電廠設備狀態(tài)監(jiān)測技術應用及狀態(tài)檢修管理體制研究[A].全國大中型水電廠技術協(xié)作網(wǎng)第二屆年會論文集[C].2005.

[2]潘家才，紀浩.智能水電站建設思路[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2012，36（1）：1-4.

[3]劉觀標，李曉斌，李永紅等.智能化水電廠的體系結構[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2011，35（1）：1-4.

[4]黃海，彭志強等.基于IEC 61850的狀態(tài)監(jiān)測通信方案應用，水電廠自動化與大壩監(jiān)測2012，35（1）：9-12；

[5]陳喜陽.水電機組狀態(tài)檢修中若干關鍵技術研究[D].華中科技大學，2005.

作者簡介：朱靜華（1981-），男，本科，工程師，從事水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)研究及自動控制軟件研發(fā)。