桐柏抽水蓄能电站DIA TECH监测和诊断系统

陈 勤，潘菊芳，杨建渺，章 亮，赵 锋

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200)

0 引言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县栖霞乡百丈村，利用已建桐柏水电站(装机8 MW)的水库作为上水库，新建下水库位于三茅溪支流百丈溪中游，是一座日调节纯抽水蓄能电站.电站以500 kV电压等级接入华东电网，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用任务［1］.安装了四台300 MW立轴单级混流可逆式水泵水轮机－发电电动机组.由于机组单机容量大，结构复杂且自动化程度高.机组在运行中，如果其中的某一部件发生故障，就有可能影响到整台机组的安全稳定运行，造成重大的经济损失，甚至于带来灾难性的后果.因此，桐柏抽水蓄能电站在机组投产之初，就将DIA TECH监测和诊断系统投入了运行，从而确保了机组安全、稳定和经济的运行.

1 概述

桐柏抽水蓄能电站采用奥地利VA TECH的DIA TECH监测和诊断系统［2］.该系统针对抽水蓄能机组的特点，通过趋势、图形及各类监测信息，对多台机组的运行状况进行实时监测，并给出状态报告.该系统还可以显示某一部分的详细信息，如温度、振动、气蚀和噪音等等.所有的相关数据都被存贮在专门的数据库中，并形成各类图表，用于显示、分析和比较.

2 DIA TECH监测和诊断系统简介

2.1 DIA TECH 核心系统

图1就是DIA TECH监测和诊断系统的结构.图中灰色部份就是DIA TECH核心系统，包括主程序，传输程序和配置文件(feeder.ini)和LCSAPI(现地应用软件包接口)和它的配置文件 LCS－LCL.CFG 和 LCS－RMT.CFG).

图1 DIA TECH系统的结构

主程序是核心系统的核心部分，它由以下三部分组成:

预处理器:这部分是一个到不同的数据服务器的接口.(例如:结构性噪音数据服务器，SAT DS)在预处理器中还配有与模拟客户终端的接口.模拟客户终端是一个小程序用来在试验时送数据到核心系统.

书架:这部分的程序是与智能模块的界面接口，通过这个接口与以下模块相连接:

系统控制器:这部分负责不同的工作任务之间的配合协调.它检查常规的限定值，这些限定值在所有的测量点已被设定.在系统控制器里有两种限定值(上限和下限).而且这部分有一个到控制客户终端的接口.用此模块用户可以激活系统内的测量点，测量点可以通过系统自动复原.(如果数据传送点数值过多主程序会将此测量点的数据自动复原.如果故障信号已被维修，用户可以使用控制客户终端激活此信号.数据传送率的限制在DIA TECH系统配置中设定.主程序的数据配置通过LCSAPI库获得，LCSAPI库从现地ACCESS数据库得到.此数据的备份存储在SQL数据库内.因此配置的数据是冗余的，因此DIA TECH主程序可以通过SQL数据库或ACCESS数据库起动.LCSAPI库包含了要进入数据库的不同的功能.这个进入是发生在ODBC(开放式数据库连通性)接口.ODBC数据配置接口发生在操作系统和文件LCL－LCL.CFG和文件LCLRM T.CFG.传输程序管理主程序，数据库和可视部分间的数据传送.传输程序也用LCSAPI库进入数据库.现地设置存储在文件“feeder.ini”内.

2.2 硬件构成

DIA TECH系统由3台计算机组成.第一台命名为:DIA TECH主计算机(工业PC19—控制盘)，它是服务于DIA TECH核心系统和SQL数据库.第二台命名为:DIA TECH MGM计算机(工业PC19—控制盘)，它是服务于DIA TECH MGM.最后一台命名为:可视计算机(个人计算机—控制室)，用于可视程序.

2.3 软件构成

核心系统的操作是在Windows XP操作系统完成，它由表1主程序和表2传输程序软件包组成:

表1 主程序

表2 传输程序

2.4 DIA TECH系统控制柜

DIA TECH监测和诊断系统控制柜见图2.

图2 DIA TECH控制柜

2.5 模块功能

桐柏电站的监测和诊断系统用于电站四台机组的监测和诊断，包含了以下模块:震动、摆度监测和保护模块、局部放电模块、DIA TECH机组间隙监测模块、DIA TECH冷却空气分析模块、DIA TECH结构性噪音模块、DIA TECH热模块、DIA TECH转子温度模块、DIA TECH气蚀模块.

2.5.1 振动、摆度监测和保护模块

每台机配备了振动和摆度探测装置，探测装置通过4－20 mA的模拟输出与CSCS连接.两路电气回路单独连接:一是显示振幅和报警，另一路是停机［3］.提供给每台机两组转子振动探测装置，对转子水平和垂直振动进行探测，探测装置通过发电机的端子箱与端子排连接.振动和摆度测点的布置见图3.

图3 振动和摆度测点的布置

2.5.2 局部放电测量模块

桐柏电站安装了一套在线局部放电监测系统［4］.每台机组都安装耦合器来对正在运行的机组进行局部放电分析.这个系统包括:电容耦合器，PDD终端(每台机设置)，局部放电分析仪(PDA，整个电站一套)，PDD制图和分析软件(整个电站一套).DIA TECH局放分析仪提供定子线棒的局部放电监测和分析.局部放电监测系统主要由耦合器组成，这些耦合器用电缆与带PDA终端盒的PDA装置连接起来，PDA终端箱在发电机出线端附近.这个多通道的局部放电分析仪和分析装置用来测量已安装耦合器的线棒的永久性的和在线的PDA值.

2.5.3 DIA TECH MGM 空气间隙模块

机组空气间隙模块(MGM)是用于监测机组早期发生间隙改变的情况.它提供监测设备状况的诊断信息.如果间隙已发生改变，将诊断引起问题的原因.包括以下部位的监测:轴承间隙径向的热移位监测、转轮间隙最小的尖端间隙损失监测、G/M空气间隙监测.

2.5.4 冷却空气的分析模块

冷却空气分析模块(CAA)由两个独立的子模块组成，分别是“热点监测”(HS)和“臭氧监测”(O3)模块.两个模块都是基于相似的测量原理:取样是从G/M冷却空气回路取得，在特定条件下绝缘材料释放出某些气体成分的浓度或是臭氧的成分，通过特殊的软管从发电机中取样提供给各自的分析仪，分析仪来决定有利害关系的气体的浓度，分析的结果传给DIA TECH系统，由系统来评估目前发电机的运行条件和状况.DIA TECH-CAA-HS通过碳氢化合物气体的分析来诊断所有线棒的连接(线棒端部、汇流排、引出线的连接)，同时分析结果也能反映绝缘材料的热应力.DIA TECH-CAA-O3对表面局部放电的诊断结论能够反映出在定子线棒区域的粉尘、电位阶跃变化和绝缘损坏情况.

2.5.5 其它功能模块

桐柏蓄能电站的DIA TECH监测和诊断系统还包括其它的一些功能模块，如结构性噪音模块用于对由于松动引起的铁芯条件变化(包括压板、压紧螺栓及线棒)的检测和诊断［5］.热模块用于发电机铁芯、线棒等温度的热诊断.还有转子温度监测以及水轮机的气蚀监测等等.

3 DIA TECH可视化系统

DIA TECH可视程序是DIA TECH监测和诊断系统的图形用户界面(GUI).它的作用是显示和诊断从DIA TECH核心系统来的数据和信息.可以以不同的画面显示当前和历史的数据.作为核心系统数据传输的一个客户终端，可视程序连接到传输程序是遵循TCP/IP协议的.几个可视程序能同时在不同的计算机内运行，每个程序观察不同的数据.可视程序有两个主要部分:数据观察窗口和信息窗口.数据观察窗口内是一个数据显示区，以下有3种不同类型的显示:图形显示、趋势图、频率图表.

3.1 图形显示

也是指图形或浏览图形，用于观察当前系统数据.屏幕的组成是由一个静止的背景和一系列成阶梯的数据值组成.背景和数字和数据点的大小是用户配置的，见图4.

3.2 趋势显示

趋势显示用于观察随时间推移数据的变化.数据在下图格子里的灰色线显示出来.垂直轴代表了数据的量，水平轴代表了时间.用户可以从几个选项中选择数据如何显示.见图5就是趋势图形显示.

3.3 频率图表(FFT)

频率图表显示的数据，一个条形代表了不同频率组成的量.在图表的左下角的水平轴显示了基础频率的倍数.一个频率图表样本见图6.

DIA TECH监测和诊断系统的另一个重要功能是具有报警和诊断信息.信息分为两类，状态信息和诊断信息.状态信息由主程序产生，包括软、硬件故障，各测量值是否越限等.诊断信息由诊断模块产生，包括各种数据的诊断逻辑和诊断结果，可为专业人员了解机组状态和故障分析提供参考依据.

4 结论

DIA TECH监测和诊断系统是针对大容量水轮发电机组开发的分布式、网络化的多机组在线状态监测故障诊断系统.整个系统采用先进的现场网络技术和模块化积木式的结构，集实时数据采集与处理、在线数据分析与储存、完备的分析功能和故障诊断于一体.整个系统采用友好、直观的Windows XP界面，具有结构合理、测量精度高、分析软件实用性强、抗干扰能力强、使用简单灵活、安装维护方便、分析功能强大等特点.该系统已在桐柏抽水蓄能电站应用多年，实践证明，该系统所产生的各类数据及报表为机组的各级别检修工作提供了重要的参考.然而故障诊断技术远未达到定量诊断的水平，设备状态监测的手段、故障机理研究和诊断知识的获取也是一项长期的工作.桐柏抽水蓄能电站将会一如既往的作好机组状态监测和诊断工作，为下一步机组状态检修工作打下扎实的基础.

［1］梅祖彦.抽水蓄能发电技术［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［2］舒建红，郑建锋.状态监测和诊断系统在抽水蓄能电站的应用［J］.华电技术，2009(4):28 －31.

［3］陈 勇，洪传文.基于LabVIEW的水轮机振动信号采集与处理［J］.水电与新能源，2010(5):31－33.

［4］蔡国雄.在线监测与诊断技术的特点及发展方向［J］.高电压技术，1992(1):22－25.

［5］张齐兵.机械设备故障诊断特征参数的研究与应用［J］.重型机械，1996(6):45－48.