实施运行工况监测 确保机组安全高效

刘锦碧　工　玲

目前。尤其在世界范围内共同努力减少CO2排放量的目标下，水力发电的优越性越来越被人们所认识。如果公众和政治上的认可，水力发电厂能够对能源生产作出重大贡献。但是，水电资源的开发是有限的，有必要对现有的电站进行科学管理，提高效率。为此，我们首先要从技术上优化电厂，其次要使电厂在没有干扰的情况下安全、经济、平稳地运行。对电站运行工况采取何种监测方法，对后者的影响非常大。

为使电站安全运行、避免停机，目前采用最普遍的方法是按预定计划对电站进行预防性维护。按照这一程序，电站维护要根据运行经验确定，或者按机组制造商、保险公司提供的机组维护时间表进行。这种定期设备检修方法和系统部件的预防性更换必然会造成设备运行时间的减少、配件有效寿命的缩短，并因停机和维护增加设备在检修中发生操作失误的风险。这一方法同样不利于发现正常运转设备中的潜在威胁。由于这些原因，世界范围内对新的监测方法的兴趣正在不断增加。

为达到这个目标，传统的仅记录一种机组运行工况参数(例如：振动监测)显得不再够用。我们需要建立新的设备检测系统，它应该具备电站整体技术工况监测、警报提示、问题诊断、提供修正建议等功能。同时，这套系统还需要随时显示设备运行相关参数，以便于优化机组运行。

未来新监测系统应满足不同的先决条件，延长机组运行时间，减少检修时间，并使“无人值班、少人值守”的情况下安全、高效地管理设备成为可能。发电功率、效率，以及其他些特定技术参数的变化趋势将更加详细地监测，被监测数据的变化幅度必须保持在一个允许的范围内。通过振动监测、油脂监测、热红外温度监测、内窥检查等手段，将会使机组运行的潜在危险得到有效提示。

监测一个对使用寿命要求严格，而其运行工况很难被观测到的部件状况是一项非常重要的工作。因为必须确保这类部件的剩余寿命是足够的。本文重点考虑的是设备的低循环疲劳(1CF)还是高循环疲劳(HCF)，以及部件表面涂层状况。在不同特性机组上安装各类特别传感器，能够观测到这些情 况。采用这种方法，可以在机组运行或停机过程中对一些有用的参数进行记录、分析评估。

1振动监测

对于水力发电机组，轴承套的绝对振动值通常以振幅(μ m)或振动速率(mm／sec)作为测量参数。对轴相对振动，采用2个涡流传感器，在每个测量平面按90度角放置的方法来测量。动态轴承运行轨迹的最大值( m))被用做测量参数。

著名的VDI手册(2056一设备机械振动评估标准和Richtlinie 2059一涡轮机传动轴振动)没有包括设备监测仪器方面的任何说明。对于设备使用者，事实上在购买新设备或进行设备检修、大的设备改造时，不用支付任何额外费用，制造商已在合同中作出了设备振动方面的很好的质量承诺。

VDI手册(3841一机械包括转动体的振动监测)包括了一些水电机组监测所需要的现代计量信息。VDI手册(3839一准备之中)将给出更详细的对振动方面的释义和计量方法，如水轮机和泵的典型振动轨迹图，以便于振动的分析和诊断。

在设备的机械整体性检查过程中(如设备试运行、改造或调整期间)，要进行常规的监测，更要确定设备的振动状况。这项工作对于设备在运行过程中出现各种干扰情况时非常重要。当干扰发生时，一台非富余机组在报警区域运行，但考虑到其它更重要的因素，这台机组必须继续运行。在这种情况下，任何有关这台机组运行工况的信息都是非常宝贵的，它可以帮助运行人员判断在这种特殊情况下将设备运行到一个什么样的时间再停机最合适。

为了提高非正常运转时诊断的准确性，有必要完整记录机组在正常运转、开机和停机时，以及机组不同出力、转速下的振动监测结果。在下列阶段，振动问题可能对设备工作寿命起到非常关键的作用：

①新设备检查或试运行期间；

②复试前后；

③设备改造或改变运行模式时；

④设备非正常运行。

设备振动状况的记录和评估，需要一套真实数据记录和诊断系统、方法和具有丰富经验的专家对监测成果进行准确解释。设备工况监测流程示意图如下：

2 磨损颗粒分析

不要与传统的废油料分析相混淆，润滑油中磨损颗粒的分析是检测油脂润滑设备部件工况、发现设备早期磨损的有利工具。通过检查润滑油脂中带有的颗粒，可以了解设备部件的磨损情况；通过分析油脂中磨损的或外来颗粒，有助于分析正常工况下机械设备的早期磨损与什么有关，为工况维护创造前提条件。

磨损颗粒因部件润滑表面的磨损而形成，例如轴承。此外，外来杂物也可能进入润滑系统。有经验的分析专家可以据此判断哪种情况属于过早的非正常磨损，哪种情况属于正常磨损。

磨损颗料分析经常分两步进行。第一步，检查润滑系统中磨损颗粒的数量并记录数据变化趋势。这样做，有助于发现任何过早非正常磨损，一旦确定发生了非正常磨损，就进入第二个步骤，即对磨损的原因进行诊断定义。

窥镜微观检查常被用来确定是何种机制产生了这些颗粒。本文认为最重要的就是分析不同磨损方式下产生颗粒的大小尺寸和数量。在正常的工况下，磨损过程形成的颗粒尺寸小于10μm，这种尺寸的颗料经常存在于任何一个轴承中。换油时，所有的磨损颗料会被润滑油一同带走，可以近似认为小颗粒含量为零，当设备重新开始正常运转时，就会观察到小颗粒的数量开始增加。通过检查更换的润滑油是很难发现起始阶段的非正常磨损。通过观察大粒径颗粒的密度，如大于l0μm的颗粒，可以了解一个动态平衡系统工作。因轴承磨损而形成的大磨损颗粒，由系统过滤装置虑除。换油后，随着正常磨损过程的开始，可以记录到大粒径颗粒的增加，其密度将回复到以前的平衡状态。润滑油中大小颗粒密度变化曲线如下图示：

3热红外温度监测技术

热红外温度监测技术是一种识别机电部件温度变化一一通常预示着设备运行故障即将发生的非直接接触监测法。热红外温度监测技术通过一台红外线传感像机使被监测物成像，并将检测到的信息转换成电子信号送到VCR或计算机监识器。通过计算机对测量数据进行详细分析、文件编制、数据管理等，并通过计算机软件程序来处理和分析大量热红外温度监测资料。

热红外温度监测技术还有助于直观地发现不正常的热量损失部位一—可以肯定是绝缘损坏或绝缘不足。由于及时避免了意外停机，热红外温度监测技术还是一种可以缩短停机时间的有效工具。电气元件的热红外成像技术主要用于检测由于过量接触电阻引起的许多问题。正常情况下，过热点往往由于部件松动、氧化、接头的腐蚀或部件功能失效而造成。经常需要进行热红外温度检查的部位包括变电所、变压器、硅可控整流器磁场、开关站、断流器、保险丝、马达及控制电缆

4内窥检查法

可以通过原有孔洞或在容易打孔处开洞的方法安装内窥镜，以实现对中空部件或不易进入区域的检测。内窥镜同时可带有照明灯，使观察部位成像。它分为直管窥镜和软窥镜两类。经常用于一般非医疗领域的窥镜常被称作“孔镜”、“内显镜”或“技术观察镜”。视频窥镜是目前最先进的—类，它可以便捷地连接到个人计算机上。

这类技术使得资料数字化存储和图片处理成为町能，如将各种计量数据存储入库；或将检测结果传输到另一个需要它的终端。

5总结

目前采用的设备工况监测系统可以观测到许多以前无法获得的工况信息。由于这些原因，有必要重新审查以前的设备工况监测方法，根据需要进行补充、修改、完善，以适应不同的类型设备的运行要求。

工况监测系统安装的一个基本原则是使用尽可能少的监测仪器，包括传感器、放大器和指示器等，来获得尽可能多而全面的检测数据。对于水力发电设备而言，需要安装监测水流危害(气蚀)的高频压力传感器。如果有必要，应该在设备上钻孔进行内窥检查。此外，还应该对某些设备的油脂润滑系统进行改造，以便检测、分析润滑油中的磨损颗粒。

为尽量延长机组两次检修之间的运行期，缩短检修时间，要重视监测仪器的使用寿命，重视设备、配件工况数据的统计、分析。在许多情况下，可以采用新的通讯科技实现远控维护以弥补专业人才的缺乏。