水輪發電機組狀態監測系統應用對策

張瑜 曹塞峰

摘要：隨著電力系統“廠網分開，競價上網”的改革深入，提高設備的可靠性和降低維修成本將是發電企業不斷追求的目標，在發電廠實施設備狀態檢修是必然的發展趨勢。因此，詳細探究水輪發電機組狀態監測系統的組成和應用至關重要。

關鍵詞：水輪發電機組;狀態監測系統;應用

水電機組在線監測設備的研制，國內已有近二十年的歷史，有的產品的質量和性能已經達到了國際先進水平，可以滿足在線檢測的需求。水輪發電機組狀態監測及故障分析診斷系統的主要作用是對水輪發電機組的振動、擺度、局部放電等狀態監測參量進行實時采集和監測。近年來隨著計算機監控在水電站的普遍使用和技術的不斷提高，大部分電站已經安裝了振動在線監測設備并已投入運行。狀態檢修的基礎是狀態監測，只有在充分掌握設備狀態信息的基礎上，才能科學合理的安排檢修。雖然我國在狀態檢修上應用較晚，但是由于各行各業的廣泛需求，因而具有廣闊的應用前景。

1水輪發電機組狀態監測系統構成

1.1傳感器

傳感器是狀態監測的基礎，傳感器的可靠、準確與否，將直接影響到全套系統的整體性能。根據機組的結構和運行特點，選擇滿足實際需要的各類傳感器，是機組實施狀態監測的首要工作。目前，應用較廣泛的傳感器有電渦流傳感器、電容式位移傳感器、低頻速度傳感器、加速度傳感器、壓力脈動傳感器、差壓變送器、電容耦合器等，同一類型的傳感器測量精度、工作范圍也多種多樣，一般根據機組運行需要進行選擇。當前國內大型水電機組為了確保其運行的穩定性多用進口傳感器，例如：德國Schenck、加拿大Vibrosystm傳感器等，但隨著國內自動化水平的提高，國產傳感器的市場占有率也在逐年提高。

1.2數據采集單元

數據采集單元的類型也很多，主要負責各種信號的采集、存儲和預處理，并進行實時監測和分析，同時對相關數據進行特征參數提取，得到機組狀態數據，完成機組故障的預警、并將數據通過網絡傳至數據服務器，供進一步的狀態監測分析和診斷。當前應用較廣泛的是TN8000數據采集箱，它具有以下特點：

①采用標準的積木式插拔模塊化結構，可根據現場傳感器的數量、信號類型進行靈活配置。②基于計算機終端技術、MNA技術、FIFO技術及最新模擬數字電子技術開發的硬件系統，保證了數據采集的實時性、準確性和可靠性。③整周期控制電路采用新穎的自適應鎖相環技術，避免了在信號分析中的泄露效益和柵欄效應。④針對水輪機發電機特性設計的硬件系統，保證了采集信號的完整性。

1.3上位機單元

上位機單元包括數據服務器、Web服務器、網絡設備以及打印機等設備。網絡傳輸多采用開放的分層分布式以太網網絡結構，確保電力系統二次安全防護的要求，并滿足工業通用的國際標準規約。

2水輪發電機組狀態監測系統功效特征

2.1實時監測：它是體系的關鍵特點，對于設備的運作模式開展綜合化的監測，而且判別其是不是處在一種合理的模式。同時通過機組布置圖及數值表監視可了解傳感器的整體布局、具體通道名稱、通道監測數據的值，這樣方便工作者了解具體的運作狀態。同時，還設置了全天候的跟蹤體系，這樣便于工作者能夠更加直觀的分析設備。

2.2數據分析：數據分析的主要目標是對體系獲取的信息進行分析匯總，從而得知一些能夠體現其運行特征的信息，通過對這些數據進行分析，能夠明確設備的運作模式。另外，通過數據分析還能夠提供波形曲線分析、階次比分析、相位圖分析、功率譜分析、軌跡分析、多軌跡分析、瀑布圖分析、轉速級聯譜分析、極坐標分析等一系列的分析工具。

2.3狀態報告：通過對選擇不同時期的機組數據制作各種不同功能目的的機組報告，這樣方便測試信息的存放。

2.4報警預警：實時自動判斷機組運行狀態。如果狀態出現變化，則能夠盡快的進行預警活動，有利于工作人員在最快的時間之中獲取設備的不正常的數據內容。

2.5故障診斷：提供機械設備狀況異常部位的詳細數據及惡化水平，便于設備的檢修活動的正常開展，進而生成非常有效的裝置狀態監測體系。

2.6指導運行：關注所有的關鍵信息，對其開展在線的監測活動，確保體系有非常合理的運作信息，為機組積累機械設備長期運行情況及變化趨勢建立檔案，并形成廠內水電機組運行狀態綜合數據庫，便于指導機組運行在合適的工況區。

2.7遠程分析與診斷：系統采用基于B6模式的Internet技術，使其在計算機網絡可達到的地方（包括廠內各主管技術部門、遠程分析中心或專家），都可有效地對機組狀態進行監測分析，制作相應的狀態報告，支持運行分析中心的建立和工作。

3水輪發電機組狀態監測系統應用對策

3.1指導機組安全穩定運行

通過對各測點數據的準確測量，實時反應機組在不同工況下振動、擺度情況：通過系統的報警功能提醒運行人員及時調整負荷，避開振動擺度超標區運行，可有效預控因振動擺度過大造成對設備的損壞;通過對各種電氣參數在線監測，并根據用戶設定的故障啟動定值對照模擬量、開關量，一旦滿足啟動條件即啟動系統故障錄波，并發出報警信號，提醒運行人員及時調整電氣參數保持在正常范圍內。

3.2指導機組狀態檢修

長期以來，我國電力系統的發供電設備均采用定期預防性試驗和定期計劃檢修，即“計劃檢修，到期必修”的做法。這種檢修體制在現今高度自動化設備的水電站不斷暴露出許多弊端，諸如，計劃檢修針對性不強，存在很大的盲目性;計劃檢修造成很多不必要的浪費和過多的損失，甚至對設備產生負效應、出現負作用;計劃檢修的周期不符合現代化設備壽命及故障發生規律等等。機組狀態監測系統作為一種技術先進的裝備和檢測手段為狀態檢修提供了可靠的保障。機組狀態監測系統通過對水力機組的運行穩定性、定轉子空氣間隙、水輪機空化噪音、發電機局部放電、發電機故障錄波、變壓器局部放電和油色譜等的在線監測，通過實時的監測數據對比分析得出變化趨勢并提供相應的處理指導措施。

結語

隨著我國水電事業的快速發展，水輪發電機組狀態監測系統得到快速的推廣和應用，并取得了良好的效果，為機組的安全運行、優化調度和檢修指導提供有力的技術支持。但是，水輪發電機組狀態監測系統的實施是一個系統化的工程，因此，只有通過精心安排、嚴格管理，才能保證系統的正常投運和長期穩定的發揮作用。

參考文獻

[1]陳云輝.對水輪發電機組振動及狀態監測的探討[J].低碳世界，2015（17）：79～80.

[2]余軍.水輪發電機組的狀態監測和故障診斷[J].中國水能及電氣化，2015（07）：44～47.

[3]豐德強.淺談水輪發電機組的狀態檢修[J].低碳世界，2015（08）：59～60.