水力發電機的檢修及維護的路徑分析

俸國健

摘 要：根據水力發電機的檢修維護現狀分析，其檢修維護模式存在嚴重弊端。因此，水力發電機由定期計劃性檢修走向狀態檢修勢在必行。本文在分析水力發電機檢修及維護現狀的基礎上，提出了相應的優化路徑，并以智能在線監測檢修系統為例，重點闡述了檢修維護策略。

關鍵詞：水力發電機；檢修；維護

中圖分類號：TM307 文獻標志碼：A

水力發電是一種環境友好的發電方式，廣西境內河流眾多、徑流密集，水力發電優勢明顯。而作為水力發電的核心設備，水力發電機的檢修及維護工作影響發電質量和效率，是水力發電工作者研究的重點內容。

1 水力發電機檢修及維護的現狀

水力發電機是水力發電站的核心設備，借助水位落差原理，將水能轉換為機械能，并最終轉化為電能并通過輸電線路完成電能輸送。水力發電機一旦出現故障或非正常運轉，將直接降低發電效率，造成設備損毀、安全事故等重大問題。隨著水力發電量的日益增加，水力發電機的負荷顯著增強。定期檢修是按照既定的檢修計劃，固定周期對發電機的相關部件、運行狀況進行檢修的方式。這種方式具有滯后性，許多隱患問題不能被及時發現，很可能由于故障問題不在檢修周內而被忽略。采取臨時維護和事后修理的辦法也將進一步增加設備故障帶來的影響。同時，定期檢修的計劃性要求其無論狀態是否存在問題，必須采取檢修維護措施，將會增加經濟成本，并造成機器的額外損傷。

2 水力發電機檢修及維護的優化路徑

2.1 以狀態檢修為主要手段，提升檢修效率

水力發電機的運行是一個持續的過程，任一部件的異常都會對設備整體造成直接影響。因此針對水力發電機的檢修工作應保持連貫性，科學制定檢修策略。由計劃檢修走向狀態檢修并不是對計劃檢修的完全否定，而是指應當在狀態檢修的基礎上，針對計劃檢修進行適當的調整和優化，減少非必要設備大修，達到檢修維護效率最大化，調節發電市場的供需關系。

2.2 優化人員結構，建設檢修維護主力隊伍

檢修人員執行檢修計劃并完成相應作業，因此檢修隊伍的人員素質及隊伍結構十分重要。檢修人員針對事故發生后的問題進行處理，解決問題具有針對性，與此同時造成人員機動性、靈活性不足的問題也比較明顯。那么在狀態檢修的前提下，要求檢修隊伍的結構中具有計算機信息技術策應人員、檢修主力隊員以及輔助隊員等，根據不同人員職責的客觀需要展開周期性培訓和養成，并利用包括VR技術在內的現代化信息技術進行實操訓練和提升，從而全面提升人員素質。另外要求，水力發電站實行崗位問責制，落實監管，促進檢修、維護工作的開展。

2.3 發揮現代化智能系統的優勢，實現實時監測

在科學規劃和人員素質配備的基礎上，一套以現代化智能信息技術為核心的在線監測系統建設十分關鍵，監測系統建設的優良直接影響監測效果。水力發電機結構復雜、工作周期長，且隨著制造工藝、材料的逐步提升和變化，其工作狀態、特性具備差異，因此，在建設在線監測系統時，應以注重收集水力發電機的出廠信息，歷史運行信息、故障排除方案等信息進行收集，利用云計算和大數據技術，提升智能監測的全面性。同時，利用4G單兵技術，提升發電機現場檢修和指揮中心的交互能力。傳統情況下故障檢修及維護的指揮是基于固定的語音和視頻通信設備所進行的。但受場地和情況限制，其與現場的聯通性比較差，且難以保障指揮同步，對異常狀態排除不利。而4G單兵技術則有效的利用了當前的4G通信，將語音、視頻和現場的視訊有機的結合起來，通過智能手機登單機設備與扁平結構的調度平臺融合到一起，實現現場的聲、像的實時共享，并能夠建立雙向的語音通信。從而達到領導小組第一時間了解現場情況，工作人員能夠明確接受指令，并實時監測指令完成情況。

2.4 水力發電機狀態檢修的實現方法

為了進一步明晰水力發電機的狀態檢修方法，本文以某水力發電站水輪發電機的智能監測系統為例進行系統闡述。

（1）水力發電機智能在線監測檢修系統的基本思路

水力發電機的在線監測實際上是一個實時感應、提前預警的過程，通過在水力發電機各部件設置的傳感器，通過無線傳輸通信技術與計算機網絡形成虛擬互聯，建立一個人機交互的智能在線監測系統。因此，發電機狀態感知是重點建設內容之一，要求系統能夠采集發電機的狀態參數，并且能夠依據狀態參數感知結果進行故障的分析和判斷，通過歷史信息對比，確定合理的檢修方案。當發電機處于異常狀態時，監控主站應能夠通過聲圖文等多種方式發出告警，從而判斷問題或故障發生的程度。極大的減少了人為巡檢的成本，實現遠程監測。

（2）水力發電機智能在線監測檢修系統的關鍵技術分析

該系統的主要目的是為了實現感知和診斷。主要包括兩個方面：一是用于智能感知的技術—多傳感器融合。要求在發電機的關鍵位置安裝智能傳感器，傳感器的數量及位置根據感知需求為主，并以不破壞發電機的正常運轉為基礎。例如為了實現對水力發電機（裝機容量500MW）頂蓋振動狀態的感知，需要在發電機組的兩個頂蓋、蝸殼進口、尾水錐管處布置壓力脈動傳感器。所感知信號經由數據讀取器及通信模塊上傳至故障分析模塊；二是用于故障分析的診斷技術—全息譜分解技術。對水力發電機頂蓋振動情況通過傳感器進行信號收集后，向上發出信號傳遞，并利用全息譜分解技術進行故障特征提取，建立數據模型，監控主站根據故障特征提取結果確定診斷結果，發出告警并提出解決方案。監測主站設置數據庫，提供準確判斷。監測主站的數據庫系統由歷史數據庫、專家數據庫、案例數據庫、基本信息數據庫以及實時狀態信息數據庫組成。當發生振動異常時，告警信息的緊急程度以警示燈和信息提示框的方式進行顯示。根據發電機的運行狀態可以分為正常狀態，指示燈為綠色常亮；可疑狀態，即存在發生異常的可能性，有待持續觀察，指示燈為黃色閃爍；不良狀態，即水力發電機已經發生異常現象，影響正常工作，指示燈為橙色閃爍；危機狀態，水力發電機出現突發故障情況，瞬時發生，指示燈常紅，并發出聲音情報，要求檢修人員立刻到現場進行排查處理。通過四級報警分別實現正常監測、問題趨勢、異常警報、故障躍遷的監測，根據系統中專家數據庫、歷史數據庫、案例數據庫綜合制定故障排除方案，從而更有效的實現控制和故障排除。

故障的具體判斷過程如下，針對水力發電機高負荷狀態下頂蓋振動情況進行信號收集，分別收集四個信號監測處的數據，并獲得壓力脈動波形。通過改變符合對四處信號進行處理，觀察處理后的波形及方差變化規律，確定負荷峰值下時頻分布規律保持穩定，此時利用運用加窗平均周期圖進行頻譜分析后。確定頂蓋振動超標非單一高頻信號引起異常。排除高頻信號原因后，觀察壓力脈動參數比值△H/H，發現其脈動值明顯超出設計的壓力脈動合同保證值要求，在500～600MW處突變。確定由于壓力脈動幅值過大而造成的水輪機頂蓋振動超標。此時根據數據庫確定檢修方案，實施檢修維護工作。

結語

水力發電機的檢修和維護，影響水力發電的效率及效益。為了進一步優化水力發電機的檢修維護水平，應積極促進狀態檢修與計劃檢修相結合，避免大修造成機器磨損。培養一支綜合素質高、設備配置精良的檢修隊伍，同時根據水電站的自身基礎和監測需求，建立智能在線監測系統。

參考文獻

[1]孫東嶺.淺析水力發電廠發電機的檢修與維護[J].水能經濟，2016（7）：40.endprint