水電機組狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的應用

摘要：科學的狀態(tài)監(jiān)測與診斷是保證水電機組安全運行的重要方法，本文首先分析了水電機組狀態(tài)監(jiān)測意義。其后具體探討了水電機組狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的應用，最后圍繞某工程案例展開論述，以期可供參考。

關(guān)鍵詞：水電機組;狀態(tài)監(jiān)測;診斷技術(shù);工程案例

1引言

近年來，我國水電事業(yè)發(fā)展迅猛，各地水電站建設數(shù)量、規(guī)模不斷增大，相應的為滿足實際發(fā)電需求，水電機組結(jié)構(gòu)也越來越復雜，對運行穩(wěn)定性提出了更高的要求。為保證水電機組可靠運行，狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)逐漸得到了大范圍的推廣應用，其可有效監(jiān)控機組實際運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)各種異常數(shù)據(jù)，判斷是否存在故障，確保各類故障在第一時間得到妥善的處理，維護機組正常運行。

2水電機組狀態(tài)監(jiān)測意義

基于我國新能源戰(zhàn)略的逐步落實，水電工程發(fā)揮著越來越重要的作用，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示（圖1），2019年上半年，全國新增水電裝機容量為182萬千瓦，總裝機容量達3.54億千瓦。

圖12010～2019年上半年全國水力發(fā)電裝機容量（數(shù)據(jù)來源：北極星電力網(wǎng)）

水電機組是水電工程的核心所在，為滿足國家能源需求，水輪機不斷朝著高水頭、大容量的方向發(fā)展，確保其穩(wěn)定運行十分關(guān)鍵，一旦機組某個部件在運行中出現(xiàn)故障，極易導致整個運行失穩(wěn)、出力振蕩，甚至引發(fā)嚴重安全問題。此外，不少水電機組已經(jīng)運行多年，隨著運行時間的還需增加，設備健康狀況也在持續(xù)劣化，機組安全問題日益突出。

經(jīng)過多年的發(fā)展，水電機組逐漸從“事后檢修”、“定期檢修”，向著“狀態(tài)檢修”的方向推進[1]。狀態(tài)檢修，要求機組不停機情況下，及時發(fā)現(xiàn)各種隱患，合理預測機組未來趨勢，實現(xiàn)針對性的檢修管理，由此狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的應用研究，對于準確掌握機組當前運行狀態(tài)、未來發(fā)展趨勢，合理調(diào)整機組運行工況、發(fā)現(xiàn)解決故障問題具有重要意義。

3水電機組狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的應用

水電機組狀態(tài)監(jiān)測，主要是利用傳感、信息技術(shù)等，獲取設備運行狀態(tài)信息，實時掌握設備運行監(jiān)控狀況;故障診斷，則是根據(jù)監(jiān)測對象情況，對機組故障位置、原因、類型等進行分析，并提出處理對策。

3.1水電機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

3.1.1狀態(tài)監(jiān)測原理

水電機組狀態(tài)監(jiān)測原理，主要通過設置不同傳感元件，采集機組運行信息，由數(shù)據(jù)采集器處理后，最后輸出相應的圖表、曲線、波形圖等，為下一步診斷工作提供有效參考依據(jù)[2]。

3.1.2狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容

水電機組狀態(tài)檢測對象包括發(fā)電機、水輪機、主變壓器等，具體檢測內(nèi)容如下圖2所示。

3.1.3狀態(tài)監(jiān)測方法

水電機組狀態(tài)監(jiān)測方法眾多，根據(jù)不同的監(jiān)測目的、要求等，可將其劃分為如下表1所示幾種方法。

3.2故障診斷技術(shù)

水電站機組設備故障診斷，主要是以狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，判斷設備整體、局部運行是否正常，及時發(fā)現(xiàn)故障、提出解決措施，具體如下圖3所示。

圖3水電站機組故障診斷技術(shù)邏輯圖

目前，不少故障診斷系統(tǒng)，主要作為機組狀態(tài)監(jiān)測高級功能模塊出現(xiàn)，很多狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)不具有故障診斷功能，主要由人工判斷機組健康狀態(tài)、潛在故障[3]。

4工程案例

4.1水電站概況

本文僅以某水電廠項目為例展開分析，此水電廠共設有5臺機組，配置TN8000狀態(tài)監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)，主要監(jiān)測項目包括：機組振動、大軸擺度、空氣間隙、局部放電等。

4.2監(jiān)測診斷系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)每個機組設1個數(shù)據(jù)采集站，所有傳感器類型如下表2所示，配置狀態(tài)數(shù)據(jù)服務器、Web服務器、工程師工作站、網(wǎng)絡設備。

4.3機組狀態(tài)監(jiān)測功能

（1）振動擺度監(jiān)測：本系統(tǒng)可實現(xiàn)對機組振動、擺度及其過程量的采集，并以數(shù)據(jù)表格、曲線等形式顯示，為機組穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運行狀態(tài)分析提供可靠依據(jù)，實現(xiàn)故障查找。

（2）壓力脈動監(jiān)測：通過監(jiān)測過流部件壓力脈動，實時顯示相關(guān)波形、頻譜，分析水輪機運行狀態(tài)。

（3）發(fā)電機氣隙監(jiān)測：通過監(jiān)測各磁極氣隙變化，分析判斷轉(zhuǎn)子、定子中心偏移量，及時發(fā)展異常情況。

（4）發(fā)電機局部放電監(jiān)測：監(jiān)測項目包括放電脈沖的各相放電量、相位、次數(shù)等，通過曲線形式表現(xiàn)出來，明確當前絕緣狀態(tài)。

4.4系統(tǒng)報警與預警功能

本系統(tǒng)通過提取、預測監(jiān)測變量，提供多種報警功能，包括以下幾種：

（1）報警事件列表;

（2）矢量靶區(qū)報警;

（3）頻譜靶區(qū)報警;

（4）趨勢報警。

4.5系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲

本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫管理功能，實時記錄機組穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)機組運行狀態(tài)劃分不同數(shù)據(jù)庫，具體如下所示：

（1）歷史數(shù)據(jù)庫;

（2）實時數(shù)據(jù)庫;

（3）異常數(shù)據(jù)庫;

（4）黑匣子數(shù)據(jù)庫;

（5）過渡過程數(shù)據(jù)庫;

（6）樣本數(shù)據(jù)庫。

4.6遠程監(jiān)測與診斷

本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)建廠級機組狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，具有相應權(quán)限的用戶可通過特定網(wǎng)址實時查看機組運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程診斷，不僅有利于提高工作效率，也可及時得到專家的支持[4]。

結(jié)語

綜上所述，水電機組運行環(huán)境復雜，且自身存在設備種類多、結(jié)構(gòu)各異的情況，極易出現(xiàn)各種安全隱患。對此，為保證機組運行穩(wěn)定，狀態(tài)檢修方法逐漸得到了推廣應用，狀態(tài)監(jiān)測、診斷系統(tǒng)的使用得到了重視，其可提供自動分析、報警等功能，及時發(fā)現(xiàn)機組異常，將所有安全隱患遏制在萌芽狀態(tài)，實現(xiàn)機組穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]王宏.水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測與診斷現(xiàn)狀與發(fā)展[J].華東電力，2010，038（008）：1176-1180.

[2]潘羅平，安學利，周葉.基于大數(shù)據(jù)的多維度水電機組健康評估與診斷[J].水利學報，2018，049（009）：1178-1186.

[3]劉東，王昕，黃建熒，等.基于貝葉斯網(wǎng)絡的水電機組振動故障診斷研究[J].水力發(fā)電學報，2019，38（02）：114-122.

[4]周葉，唐澍，潘羅平.HM9000ES水電機組故障診斷專家系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J].中國水利水電科學研究院學報，2014，012（001）：104-108.

作者簡介：黃程（1989—），男，漢，湖南益陽人，本科，助理工程師，研究方向：水電生產(chǎn)技術(shù)。