基于故障原因分析的水泵水輪機狀態評估

程超

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150000

抽水蓄能裝置具有高速、大容量、工作條件頻繁的特點。它通常執行電網中的峰值調節，頻率調節，相位調制和事故備用的任務。其狀況直接關系到電網的安全，可靠和穩定運行。從1990年代中期開始，建造了許多高速和大容量存儲單元。隨著單元使用壽命的不斷延長，水泵水輪機部件可能會遭受氣蝕、腐蝕，從而導致單元性能下降，在嚴重的情況下會導致單元故障，并為安全，穩定和可靠的運行帶來更大的隱患。

1 水泵水輪機評價指標體系

1.1 水泵水輪機系統

作為一個系統的水泵水輪機，其主要組件包括埋設部件（座環、蝸殼、機坑里襯、尾水管、基礎環），轉動部分（轉輪、主軸、主軸密封、導軸承），導水機構（底環、導葉、頂蓋、導葉操作機構、導葉接力器）[1]。

1.2 水泵水輪機系統額定指標

水泵水輪機系統的健康評估應從安全性（風險），可靠性和性能的三個維度分析主要組件對系統的影響。其中，安全指數表示水泵水輪機主要部件故障的后果以及水泵水輪機系統可能發生故障的影響；可靠性指標表示可用性，無故障的連續運行時間，總體維修時間和使用壽命（使用壽命）。水泵水輪機的性能指標包括水頭，功率，效率，流量，飛逸轉速，漏水量，振動，噪聲，壓力脈動，軸向推力和軸承溫度[2]。

1.3 建立用于水泵水輪機系統的評估指標系統

水泵水輪機系統的等級指標系統主要包括目標層，量規層，指標層和圖表層。目標類別是我們在研究中需要達到的目標，即評估水泵水輪機系統的狀況。基準測試是達到目標水平所定義的標準，即評估水泵水輪機系統的三個維度，包括安全性，可靠性和性能。索引層是安全性，可靠性和性能的有形指標。層圖是水泵水輪機系統的主要組件，包括埋設部件（座環、蝸殼、機坑里襯、尾水管、基礎環），轉動部分（轉輪、主軸、主軸密封、導軸承），導水機構（底環、導葉、頂蓋、導葉操作機構、導葉接力器）。為了評估每個主要部件對水泵水輪機系統重量的影響，使用專家經驗方法確定重量分布，然后與每個主要部件的狀態評估結果相結合，以實現水泵水輪機系統的狀態評估[3]。

2 評估水泵水輪機主要部件的說明

2.1 典型故障的統計分析

通過典型設備故障的統計分析，水泵水輪機系統中共有65個組件（不包括調速器和球閥）。根據系統設備，共有30個導水機構（包括6個頂蓋，1個底環，3個導葉，20個套筒，導葉臂和連桿），7個水導軸承，8個主軸密封，其他14個（主要是控制閥，電動閥等）。

2.2 水泵水輪機主要部件評價指標

分析根據主要部件評價指標的選擇原則，以轉輪為例，分析故障原因和可能的后果，并對評價指標進行分析。

3 水泵水輪機狀態評價標準

（1）主要組成部分狀態評估指標的判斷依據目前的國際和地方參考標準或規范全部或部分包括設備狀態評估指標的評估標準，但仍然存在不合理的評估標準，例如評估指標的依據不合理，工程實踐和擴展中缺乏可操作性等。無法為設備狀態維護提供理論依據本文以額定電壓指標為例，對其判斷依據進行了修改。

（2）主要部件的狀態評估方法“ IEC62256-2017水輪機，水泵和水輪機性能的恢復和提高”規定了記錄水輪機物理狀態檢查結果的記錄要求。但是，家用變速箱和變速箱設備的狀態評估標準相似，例如“國家電網公司的《主要輸配電設備狀態評估準則》和南方電網公司的《設備健康與危害評估準則》將設備的狀況歸類為正常。狀況，異常和嚴重情況。鑒于國際分類法與國內分類法之間沒有根本區別，本文還將對水泵水輪機狀態的評估分為正常狀態，注意狀態，異常狀態和危險狀態。

（3）在IEC62256-2017中，水泵水輪機系統狀況的評估方法未指定每個主要組件對水泵水輪機系統的影響，當然也沒有建議相應的權重。但是，類似的國內標準在工程實踐中考慮了可靠性問題，并采用類似于桶效應的概念，即系統狀態取決于主要部件的最壞情況，因此本文也采用這種方法。當將主要部件評估為“正常狀態”時，將整個設備評估為“正常狀態”；當任何主要組成部分是“注意狀態”，“異常狀態”或“緊急狀態”時，總體評估是最嚴重的狀態。

4 結語

總而言之，抽水蓄能裝置具有高速、大容量、工作條件頻繁的特點。它通常在電網中執行峰值調節，頻率調節，相位調節和事故備用的任務。其狀況直接關系到電網的安全，可靠和穩定運行。隨著設備使用壽命的不斷增加，水泵和水輪機的組件中可能會發生氣蝕、腐蝕，這會導致設備性能下降，甚至在嚴重的情況下導致故障，并為設備安全，穩定和可靠的運行帶來更大的隱患。目前尚未制定評估泵和水輪機狀態的現行規則或標準，并且存在諸如狀態評估指標體系不夠系統化，等級指標及其權重不合理之類的問題。本文分析，總結了運行超過10年的150MW或以上的單體機組水輪機主要部件的故障，并建立了基于故障原因評估主要部件狀況的指標體系。對統計結果進行分析，以重量為單位對與主要成分有關的錯誤的發生頻率進行分析，然后結合該單元的在線監控參數，基于“故障原因的主要成分狀態評估系統監控系統參數”的組合生成主要成分安全評估表。