水電機組狀態監測與故障診斷研究

摘要：隨著我國電力企業改革的不斷深入，降低設備維修成本和提升設備的穩定可靠性成為了提升發電企業經濟效益的重要手段。過去，在國內采用的是計劃檢修制度來保障水電機組的安全運行，雖然這種定期維修制度取得一定的效果，但存在缺乏針對性、維修過于盲目、無法對設備故障提前防范等弊端。隨著水電機組運行技術的不斷發展，此維修制度已滿足不了日益增長的維修需求。作為一種新的維修模式，狀態維修具有較強的設備針對性，并能依靠強大的設備檢測技術和設備診斷系統，對機組設備日常的運行狀態進行監測分析，提前發現設備潛在的故障，使設備得到及時的維修。

關鍵詞：水電機組;狀態監測;故障診斷

1水電機組狀態監測技術的分析

1.1機組振動穩定性監測技術

水電機組振動穩定性監測技術，一般包含了機組結構振動、機組主軸擺度、機組水壓脈動等方面參數。目前，水電機組振動穩定性監測技術，應用的主要原理是機組振動監測，它的重要組成內容有兩項，一是振動傳感器，二是狀態監測分析系統。一般振動傳感器可以收集到不同的非電量特殊參數，以表征機組的振動狀態為主，這系列參數能夠轉變成供給機組監測系統需要的電量信號。狀態監測分析系統具有三個大功能，分別是數據采集功能、數據存儲功能以及數據分析功能，通過這三大功能可以取得較為完整的振動的信息，包括幅值信息、相位信息、振動波形信息、頻率信息、軸心軌跡信息和振動趨勢信息等，這些信息對于發現水電機組振動的原因及分析水電機組存在的故障都十分重要。

1.2水輪機效率監測技術

通過監測水輪機的效率，對提升機組自動化水平及經濟化運行都具有重要的作用。水輪機效率監測主要是采集測量無功功率、有功功率、接力器行程、工作水頭、水輪機流量的參數。除了水輪機的流量，在一些大中型水電廠中已經能夠對其他參數進行自動采集，而且數據的精確度較高。測量水輪機過機流量的方法有很多，但是，能夠用來在線測量的方法主要有蝸殼差壓法以及超聲波法。前者由于操作簡單、造價較低實用性比較高。后者受到水輪機特殊流道條件的影響，測量穩定性和準確性都需要得到提高。

1.3水輪機發電機氣隙和磁場強度監測技術

經過長時間的改進和應用，氣隙監測系統在國外很多國家的水電站都有進行安裝。主要是通過配套前置器和平板電容式傳感器來測量發電機氣隙和磁場強度，然后利用計算機采集、存儲和輸出數據。在氣隙中通常采用電容式位移傳感器，主要是通過對被測表面和傳感器平板之間等效電容的變化進行監測來得出兩平面之間的距離。另外，由于傳感器是平板形式所以可以在定轉子之間進行安裝。國內的水輪發電機氣隙和磁場強度監測技術發展起步比較晚，隨著在線監測系統的不斷升級和應用，我國部分水電廠已經進行安裝和應用VibioSystM公司的AGM系統。

1.4水輪機空化在線監測

空化作為水輪機破壞的主要形式之一，直接影響水輪機的能量特性，使其效率、出力下降;還可導致機組振動、水壓脈動增加;尤其在泥沙磨損的聯合作用下，其破壞更加強烈，嚴重威脅機組的穩定性，大大縮短水力機組的運行周期，增加檢修工作量，帶來昂貴的維修成本和巨額的發電損失。因此，研究水輪機空化監測方法，并研制相應的系統，具有極大的學術價值和經濟效益。世界各國對空化產生的機理進行了廣泛深入的研究，清楚地了解了空化發生的條件及產生的結果，但是，如何在工程實際中監測空化現象的發生及判斷空蝕程度，至今仍在不斷的探索中。

1.5絕緣局放監測技術

據不完全統計，水電機組有大約50%的故障來源于電氣，其中40%的故障歸咎于定子繞組絕緣的老化或退化。迄今為止，一致認為局放放電是電機常見事故之一。局部放電是指水輪發電機定子繞組絕緣層的內部或邊緣發生的非貫穿性放電現象。尤其是高壓絕緣系統中，在絕緣層的表面和內部小空隙中更有可能產生局部放電。絕緣局放監測的主流方法是脈沖電流法，利用絕緣局部放電監測技術對水輪機發電機定子繞組進行在線監測，能夠對定子繞組的絕緣狀態進行實時評估，能夠及時的發現潛在故障征兆，從而避免產生惡性事故。

1.6主變壓器油氣監測技術

電力變壓器的內部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型，通過對變壓器油中氣體的色譜分析，是發現變壓器內部的某些潛伏性故障及其發展程度早期診斷最有效的方法。主變色譜狀態監測主要通過對變壓器設備油中溶解的氣體含量和增長率進行在線監測來發現故障，再利用故障診斷系統對設備故障隱患信息進行早期預報，防止設備事故的產生，能夠有效提升設備運行的可靠性和穩定性，避免重大損失。

2水電機組故障診斷技術應用的分析

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。

3結語

總之，水電機組是水電廠的重要組成部分，因此，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。

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作者介紹：

田源;男;漢族;四川省雅安市;碩士研究生;工程師;研究方向：繼電保護及水電機組故障診斷;四川省紫坪鋪開發有限責任公司。