水電機組狀態監測與故障診斷技術應用探析

摘 要：水電機組在運行的過程中，需要對其運行狀態進行監測，在發現故障問題后，要及時進行處理與維修，這樣可以有效延長水電機組的使用壽命，可以避免水電機組出現故障問題而造成較大的經濟損失。并且隨著科技水平的提升，狀態監測技術正向著自動化、智能化的方向發展，應用這些先進的技術，可以提高故障檢修的效率。文章對水電機組狀態監測以及故障診斷技術應用現狀進行了介紹，希望對故障檢修人員提供一定幫助，促進水電廠更好的發展。

關鍵詞：水電機組；狀態監測；故障診斷；技術

水電機組是水電廠的重要組成，其運行狀態對水電廠運行的穩定性有著較大的影響，目前我國水電廠的規模越來越大，水電機組的單機容量也在不斷加大，這同時也增加了水電機組運行的安全隱患。為了保證水電廠正常運行，必須定期對水電機組進行檢修與維護，要采用先進的技術對水電機組狀態進行監測，當前自動化監測技術能夠在發現水電機組存在故障時自動發出警報，這有助于技術檢修人員對設備進行及時維修。當前科技在不斷進步，故障診斷技術的準確性也越來越高，這也決定了其在水電機組狀態監測中會有更好的應用前景。

1 水電機組故障概述

水電機組是水電廠中常見的設備，這種設備常見的故障主要是振動故障，在運行的過程中，如果出現振動異?，F象，則會引起較多的故障問題。通過調查發現，水電機組故障有80%都是由振動引起的。為了有效的解決水電機組故障問題，必須了解水電機組故障的特點，這也是水電廠技術人員重點研究的問題。下面筆者對水電機組狀態監測過程中，發現的振動故障特點進行簡單的介紹。

1.1 水電機組故障具有復雜性

水電機組是一個復雜的系統，其涉及的內容比較多，比如機械系統、電磁系統以及水力系統等。水電機組在運行的過程中，容易受到機械、電磁以及水力等因素的影響。水電機組出現機械故障的原因很多，比如轉動部件不平衡，部件脫落、法蘭連接松動等，轉動部件異常運動會與固定部件產生較大的摩擦，容易造成部件損壞；在對水電機組進行檢修時還發現，導軸承間隙過大也是引起故障的重要原因。水電機組出現水力方面的故障，可能是卡門渦、葉片進口水流沖角過大、尾水管漩渦流等方面引起的故障問題，這些因素會引起高頻壓力脈動現象，會使水電機組出現異常運行的危險。在電磁方面，發電機定轉子間隙不均勻或者轉子與磁極線圈匝間短路，都容易引起振動現象。機械、水力以及電磁等因素會引起水電機組單一振動，也會引起耦合振動，三者具有相互影響的關系。所以水電機組振動故障具有復雜性，通過直觀判斷很難準確的找到故障原因，維修人員必須利用先進的技術，這樣才能及時解決故障問題。

1.2 水電機組故障具有漸變性

水電機組出現故障具有動態性，在不同的運行階段，故障會出現變化。水電機組與水電廠其他旋轉設備相比，轉速具有較大的差異，水電機組的轉速相對比較慢，一般在100-200r/min左右。水電機組的常見故障為振動故障，在水電機組運行的過程中，這一故障具有漸變的特點，這給技術維修人員也帶來了較大的挑戰，必須針對水電機組耗損故障找出具有針對性的措施。水電機組突發性故障一般比較少，其出現故障的原因一般是由于長期磨損或者疲勞導致的，是長期積累形成的。水電機組部件出現振動故障一般是有空化或者泥沙磨損引起的，并在不斷發展的過程中，實現了從量變到質變的轉化過程，在解決這一故障問題的過程中，需要利用狀態監測以及趨勢分析法，要對機組故障征兆進行捕捉?，F代化的監測技術可以發出早期警報，這可以對技術維修人員進行提醒，使其做好防范以及處理準備，可以保證水電機組在運行的過程中更加穩定，還要保證故障檢修的準確性。

1.3 水電機組故障具有不規則性

水電站建造的地理位置不同，其水質以及地質也會有較大的差異，而且水電站設計也會對水電站的運行產生一定的影響。另外，水電站建設還會受到經濟技術的影響，所以，不同地區的水電站中水電機組性能也有較大的差距。水電機組運行的過程中，還會受到電網、安裝技術、氣候等方面的影響，由于這些因素具有不可預見性，所以，水電機組故障具有不規則性。有時一些通用型故障診斷系統無法準確的監測出不規則水電機組故障，這對維修人員的維修技術水平也提出了更高的要求。

2 狀態監測技術應用現狀

2.1 機組振動穩定性監測技術

水電機組振動穩定性監測通常包括機組的結構振動、主軸擺度、水壓脈動等參數。當前，水輪發電機組振動穩定性監測基本原理是：振動監測由振動傳感器和監測分析系統組成。傳感器負責收集表征機組振動狀態的各種非電量特征參數，并轉化為可供監測系統使用的電量信號。監測分析系統主要包括數據采集、數據存儲與數據分析三大功能，可獲取較為全面的振動信息，包括幅值、相位、頻率、振動波形、軸心軌跡和振動趨勢等，這對于判定振動的起因和進行事故的分析是比較合適的選擇。

2.2 機組結構振動監測

通常采用低頻振動速度傳感器和加速度傳感器，主軸擺度監測采用電渦流位移傳感器或電容式非接觸位移傳感器，水壓脈動監測采用具有良好動態特性的壓力傳感器。監測測點根據機組型式和容量，以及現場實際情況選擇。一般而言，并不是所有機組都需要對如此眾多的狀態進行在線監測，絕大多數機組容易產生故障的因素，在機組的安裝和運行歷史記錄中都有反映；為此，可根據機組運行的實際情況選擇其中最為主要的狀態進行監測和分析。另外為節約成本，對于那些不經常出現故障的項目還可以采用離線檢測的方式。

3 水電機組故障診斷技術應用的現狀

水電機組在水電廠運行中發揮著重要的作用，利用監測系統以及故障診斷技術，可以保證水電機組更加安全、穩定的運行，可以提高水電廠的經濟效益。在監測的過程中，需要對水電機組運行的相關數據進行整理，通過觀察曲線變化，可以了解機組部件是否處于正常運行狀態。根據主機廠提供的性能參數值和現場運行調試經驗，建立各工況下的報警定值和樣本數據，自動實時判斷機組運行狀態，當狀態發生變化時，及時發出報警和預警信號，便于值班人員第一時間掌握機組異常信息并采取相應措施。自動生成檢修前、后各種狀態報告，通過對比歷史數據、曲線趨勢以評價檢修效果；分析瞬態過程和熱穩定過程氣隙變化數據，指導機組安裝和優化設計、輔助分析機組的異常振動和擺度。水電機組機組狀態在線監測系統不但可以利用自帶的各種分析診斷工具，對機組異常信息進行深入分析，輔助發現異常原因，指導機組檢修工作，根據狀態在線監測系統可以合理安排機組小修、大修或者擴修。

4 結束語

水電機組狀態監測對其運行的穩定性有著一定影響，應用先進的故障診斷技術，可以對早期故障進行報警，可以幫助技術維修人員快速的解決問題。水電機組是水電廠的重要組成部分，所以，水電廠的技術人員需要定期對水電機組進行故障檢查，這樣可以保證系統運行的安全性，可以避免水電廠因為設備問題出現經濟損失。在對水電機組進行故障檢修時，也要注意積累經驗，這樣有助于提高檢修的效率。水電廠的發展越來越快，水電機組設備故障診斷的技術水平也越來越高，這可以有效的保證水電機組故障檢修的質量。

參考文獻

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作者簡介：肖濤（1986-），男，四川眉山人，助理工程師，從事水力發電站運行設備管理工作。