水轮机调速系统优化维护研究

张智

摘 要：在现代科技不断发展的影响下，工程技术相关的设备和仪器也得到了相应的发展。为了确保设备的平稳运行，需要对系统提出更高的要求，尤其是水轮机的调速系统。阐述了水轮机调速系统优化和维护的基本原理，简单介绍了水轮机调速系统优化和维护模块的设计内容，并对系统中优化和维护的主要功能进行了全面的研究，以期为相关领域的发展提供理论基础。

关键词：水轮机；调速系统；优化维护模块；故障诊断

中图分类号：TV734 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.098

设备的稳定运行是确保企业生产质量的重要前提，如果设备系统发生故障，不仅会使企业蒙受巨大的经济损失，还会危害到相关人员的生命安全。为了有效控制设备发生故障的概率，提高设备运行的安全性和可靠性，就需要相关企业在系统的优化和维护方面投入更多的精力。在过去的二十年里，我国的系统设备故障诊断水平得到了显著的提高，全新的优化和维护观念在航天、发电、运输等领域均发挥了重要的作用，极大地提高了经济效益。水电站作为我国电力行业的主体，其发电的稳定性对电力供应而言具有十分重要的意义。随着水电站的不断发展，系统设备的维护和保养成为人们关注的焦点，因此，对水轮机调速系统进行必要的优化和维护是非常有必要的。

1 水轮机调速系统优化维护的原理

无论哪一种机械设备，在发生故障之前都会有一定的预兆和特征。这是由于设备从正常工作到非正常工作是一个具有一定特征的过程。此过程能用P-F曲线直观地表现出来，相关的P-F曲线如图1所示。以水轮机调速系统的间隙故障为研究对象，如果系统在正常条件下运行，水轮机的调速单元可根据相关的控制指令进行对应的调节操作。在调节运行时，频率和开度会出现一定程度的波动，这就是造成系统设备故障的主要原因，可称为故障萌发点。此时，系统设备处于故障的萌发期，还未表现出明显的故障特征。但如果此时没有对系统设备进行必要的检查和处理，故障就会进一步加剧，此时，系统设备的频率和开度的波动程度会迅速增大，此时系统设备处在潜在故障点区域，系统设备会表现出一定的故障特征，可运用对应的监测机对故障的变化趋势进行监测和处理。如果系统设备的故障没有得到有效的处理，就会使水轮机的调速系统逐渐丧失速度调节的能力，此时系统设备处于故障点。故障点表示系统设备已经出现了较为严重的损坏。通常情况下，系统设备从故障萌发点到故障点需要一定的时间，通过查看系统设备频率和开度的变化趋势，就可对系统设备中发生故障的位置和特性进行综合诊断。

2 水轮机调速系统优化维护模块的设计

如今，我国水电站的控制系统正趋于完善，同时还具有健全的管理功能，但在实际运行的过程中，控制系统和管理功能并没有实现有效的融合和联系，而且水轮机调速系统的维护功能并不能满足实际的需求，甚至还没能从维修体系中完全脱离出来。因此，对于水轮机的调速系统而言，提出完善、科学的优化和维护模块的设计手段具有非常重要的意义。

2.1 基本结构

对于正处在运行中的水电站而言，要对其进行优化和维护模块的设计，首先必须要掌握水电站的实际情况，并不能一味地舍弃现有的系统，而运用全新的CMM系统。设计必须在充分利用水电站现有资源的基础上进行，尽量维持系统的原样，结合实际所需添加适量的传感装置和执行装置，并充分利用计算机网络技术，从而达到整合系统的目的。水轮机调速系统中优化维护模块的基本结构如图2所示。在该系统中，通过通信技术可实现维护信息的资源共享，有效减少了系统中不必要的浪费，从而提升系统的稳定性和安全性。

2.2 硬件组成

在优化维护模块中，通常需要具备系统状态监测单元和故障诊断单元，这两部分在系统中负责数据处理、故障诊断等方面的内容，并以PC104控制总线为核心，运用先进的通信方式准确获取关于诊断和处理的信息。对于那些没有采集处理的信息，会在传感器中进行针对性的测量，同时将处理完后的信息和指标传输到水电站的控制中心，从而为日后的诊断工作提供依据。

在优化和维护模块的执行中心当中，需要运用到性能强劲的PC机，并安装配套的软件，从而为故障诊断、数据知识储备等功能提供实现的平台。不仅如此，该系统还会使用以太网（Ethernet）对各个子系统进行连接，使系统资源共享成为可能。

2.3 软件支持

在优化维护模块中，不仅需要高性能的硬件支撑，还需要对应的软件加以辅佐。通常情况下，对于状态监测单元和故障诊断单元而言，会运用到RTlinux操作平台，并使用C语言的相关内容对其进行开发和拓展。RTlinux操作平台具有显著的多线程特点，在对系统设备进行状态信息采集和故障处理时具有十分显著的效果。另外，此平台还会在一定程度上支持以太网的连接。

优化和维护模块执行中心PC机的主要操作系统为Windows 2000 Server，为满足对应软件开放的要求，需采用Visual C++ 6.0作为主要的开发工具。软件开发时，尽量拓宽软件的实际功能，从而提高优化和维护模块的性能。

3 调速系统优化维护模块的基本功能

3.1 分析与测试

水轮机调速系统的优化维护模块可以为用户提供准确的系统数据，包括转速、水压等方面的实际参数。该模块的每个通道都可以根据实际要求在线调节和设置预警限度。同时，该模块还可以对水轮机调速系统的个性参数实施在线测量。这是传统检修系统无法做到的，通过对个性参数的测量和分析，可实现系统设备故障位置的准确定位。

3.2 故障的诊断

系统设备故障的诊断是优化维护模块的根本任务，该模块实际上就是一种以诊断知识为基础的智能系统，因此，诊断知识库在该智能系统中起到了至关重要的作用。另外，由于该模块在诊断时，通常需要建立故障模型，因此，建模技术也是十分关键的。

为了加快优化维护模块的完善进度，该模块还为会商环节提供了专门的子系统，系统设备故障诊断的专家可结合实际情况，对诊断知识库进行对应的扩充或整改，并对仿真模型进行准确的调整，从而提高系统设备故障诊断的准确性。

3.3 知识的管理

为确保系统设备故障诊断结果的真实性，必须要具备丰富的诊断知识。优化维护模块不仅可以对诊断知识进行有效的管理和储备，还可对系统设备的个性参数、故障实情进行全面的整合与处理，从而提高优化维护模块故障诊断的可靠性。

4 结束语

为了找到水轮机调速系统优化和维护的全新方法，还需要在利用有限资源的基础上，将先进的计算机网络技术和诊断知识数据库等技术充分融入到优化和维护模块的建设中去，完成传统维修手段无法完成的任务。相信通过不断的努力，水轮机调速系统的优化和维护水平会上升到一个新的高度。

参考文献

[1]张润时.现代水电站综合自动化方案[J].电力系统自动化，2012（22）：50-53.

[2]甘茂治.维修性设计与验证[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]黄中华.水轮发电机组检修的必然趋势-状态检修[J].西北电力技术，2012（02）：30-33.

[4]肖志怀.水利枢纽闸门维护自动化-故障诊断技术研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

〔编辑：王霞〕