發電機組在線監測智能診斷系統在梯級流域運行管理的應用

劉立春

（國家能源集團國電枕頭壩發電有限公司，四川 樂山 614000）

當前，發電企業迫切需要通過優化生產，結合科學高效的管理手段滿足電力生產安全穩定的要求，要實現這一要求，必須保證設備正常運行，提高生產效益，減少不必要的設備維修時間，因此，利用可靠的設備監測手段，提高對設備運行狀態的把控，加強設備維護的計劃性與針對性，預知性維護的管理模式勢在必行。通過設備檢測可以發現早期故障征兆，對故障部位、故障程度、發展趨勢做出分析判斷，在設備性能下降到預設嚴重程度之前，實行計劃性定點維修。本文主要介紹了枕頭壩電廠梯級流域運行管理系統。

1 枕頭壩水力發電廠發電機組檢修管理的現狀

枕頭壩水力發電廠主要是發電和防洪于一體，電站采用兩級堤壩式開發方案，一級裝機容量為72萬kW，二級裝機容量為23萬kW，總裝機95萬kW，多年平均發電量42.52億kw·h。公司堅持發展高質量、建設高標準、運營高效益、管理高水平的發電廠，以數字化、智能化和精細化運行管理，著力研究并實施最先進的設備管理方案在所屬的流域電廠。

水輪發電機組近年的技術發展迅速，從裝機容量，到絕緣技術，乃至結構工藝都有很大改進，針對不同設備情況，絕緣、潤滑油等材料的不同，必然會要求量身定制的設備維護手段，原有模式的計劃性檢修手段勢有待進一步改革、優化。

基于以上原因，枕頭壩電廠在全面提升質量管理的同時，關注發電機組的運行狀況參數。枕頭壩電廠在原有對振動，擺度，軸向位移，壓力脈動在線智能診斷系統基礎上，增加了發電機組局部放電在線監測技術應用。通過系統的傳感技術、信號檢測、信號處理、智能分析等技術，全面、準確地掌握機組運行狀況。為電廠的設備狀態診斷、運行狀態進行實時的人工干預和狀態檢修提供了有效的數據支撐和技術保障。

2 水輪發電廠在線監測的必要性

一直以來，設備的管理理念都是推行預防、預知性計劃檢修的模式。同時，隨著工業的迅速發展，設備檢修的管理已逐步向狀態檢修演變。狀態檢修的實質就是：通過先進的技術手段，收集設備現在的各種數據與歷史數據進行分析對比，對設備數據預判斷，從而決定是否需要合理安排實施停機檢修。

狀態檢修管理理念有效實施的基本要素如下。

（1）加強完善設備的數據管理是實施狀態檢修的基礎。建立完善的基礎數據庫，加強設備預維護管理，提升設備管理人員工作效率，是實現狀態檢修的基礎。通過發電機組在線監測數據能對水輪發電設備的性能狀況有深層次的了解和把握，在設備性能發生變化時能及時進行診斷、處理，根椐預知故障信息合理安排檢修項目和檢修周期。

（2）實施設備在線監測是實現狀態檢修的必要條件。水輪發電機組局放在線監測時收集設備運行中的特性參數，通過分析這些特性參數及時掌握設備的性能狀態，為安全運行提供數據支撐，實現預知設備異常，根據設備的健康狀態來安排檢修計劃，實施設備檢修。

（3）利用設備監測信息，實時、有效地進行故障診斷是狀態檢修的關鍵。故障診斷就是通過設備狀態的監測信息，在后臺對監測的信息進行大規模的計算，將捕捉到的各種參數，依據診斷知識，對設備故障的類型、區域、程度等給出相關故障診斷信息，為設備狀態檢修提供依據，實現發電設備預維護。

3 水輪發電廠在線監測效果

枕頭壩水力發電廠在4F機組安裝了在線監測裝置（GuardⅡ局放監測主機＋9顆16kV環氧云母耦合電容器，信號傳送系統，中文智能分析系統），該裝置能針對機組運行狀態做出相應的采集和分析，能將發電機定子繞組當前局放的數據客觀反映出來。4F的在線監測裝置投運后對設備的局部放電情況進行了實時監測，從目前得到的數據分析來看，這兩臺機組運行狀態正常，沒出現任何異常情況。枕頭壩水力發電廠4F三相在機組投運（2020.6)到(2020.7）期間局放趨勢如圖1、2、3所示。

圖1 A相局放檢測結果

3.1 水輪發電廠定子線棒在線監測系統智能診斷

在線監測系統工作站，由數據服務器、WEB服務器、工業交換機等硬件及數據采集軟件、數據分析軟件及智能監測預警系統等組成。在線監測系統持續深化智能分析模塊，構建智能分析模型，輔以大數據診斷，對設備狀態監控，從而實現設備預警，故障診斷智能化升級。常見的在線監測故障診斷包括以下幾種：

圖2 B相局放檢測結果

圖3 C相局放檢測結果

（1）數據對比診斷：將當前在線監測采集數據與歷史數據進行對比，通過智能計算數據分析對已呈現的現象進行數據對比診斷。

（2）閥值診斷：依據專業工程師長期積累的經時間考驗的數據來設定最大與最小限定值。

（3）故障圖形分析診斷 ：故障圖形分析是一種圖形展示，它把預判設備故障及故障原因以圖表方式表現出來，能直觀地反映設備故障、故障大致位置等，也能粗步分析故障程度原因。

（4）基于數學模型故障診斷：以系統創建的數學模型為基礎，同時，運用傳感器、參數模型等辨識方法，然后，基于規定的準則和閾值進行診斷。

3.2 設備狀態檢修實施意義

首先，提高了設備的可靠性和可用率。由于水電廠發電成本的優勢，使當前各水電廠積極追求大幅度提高機組運行小時，盡力壓縮電廠對機組的檢修時間，從而有可能使發電設備欠維修和可靠性的降低。這種現狀迫使各電廠必須改變目前的生產管理思路，在對設備檢修的項目安排和時間的組織采用狀態檢修的管理模式已勢在必行。其次，大部分電廠都在嘗試實行削減各級檢修人員的配備，提高檢修人員效率，降低電廠設備檢修費用。依托在線監測系統診斷結果，結合設備工程師實際經驗對設備結果進行判讀。同時，根椐發電企業生產計劃安排，對企業的人、財、物等因素進行充分分析，最終做出科學合理的檢修決策、制訂檢修計劃，選擇最合理的時機實施完成設備檢修。設備檢修完成后，運用在線監測手段，針對性驗證、評價設備檢修做出維修是否正確、處理是否有效。

4 結語

目前，國電大渡河流域各級電站的發電設備狀態檢修工作正在積極穩步完善，將同一電廠不同機組的局放監測數據集成，為各電廠的局放數據平臺統一預留可接入大渡河梯級流域運行管理系統的接口，為將來實現智能化、大數據、專家診斷系統提供堅實的基礎。枕頭壩電廠的狀態監測管理手段已經在實際檢修計劃的制訂中起到了非常顯著的參考指導效果。可以預見，依據在線監測實現狀態檢修這一先進的技術和管理體制必將在大渡河流域得到推廣和應用，取得令人矚目的經濟效益和社會效益。