水电机组状态监测与故障诊断研究新进展

宋卓吏

国电电力发展股份有限公司太平哨发电厂

水电机组状态监测与故障诊断研究新进展

宋卓吏

国电电力发展股份有限公司太平哨发电厂

设备状态检修是现阶段世界上非常先进的设备检修管理方式，此种方式能够很好的避免由于计划检修造成的设备过度维修以及失修等问题，并且能够快速、及时的发现设备隐患以及缺陷，从而能够更加针对性对设备进行维护保养，能够为电厂带来更好的经济效益。所以，基于现有水电机组的实际情况来研究设备的状态检测以及诊断系统的状态检修模式，对于提升水电厂相关设备诊断以及维护的效率具有非常重要的意义。

水电机组；状态监测；故障诊断

在水电厂设备当中，机电设备是对水电厂的安全、稳定、经济运行有直接影响的设备机组，并且在水电机组的工程建设以及水电机组的运行中起着越来越重要的作用。随着当今社会的可持续发展理念的提出，为了让水电厂更好地与社会发展相适应，就必须加强水电厂机电设备的状态检修工作。

1 水电机组故障发生的特点

水电机组故障发生的特点主要表现在以下几个方面：复杂性特点。水电机组的系统组成十分复杂，涉及到机械系统、电磁系统、水力系统等诸多内容，在其运行过程中，机械、电磁、水力等因素均会对其运行状态产生影响，从而引发各种故障。具体而言，包括转动部件失衡、部件脱落、法兰连接松动等，故水电机组振动故障十分复杂；渐变性特点。水电机组在不同的运行阶段，其所表现出来的故障问题也存在差异，与其它旋转设备相比，水电机组转速相对较慢，在 100～200 转 /min 左右，因此水电机组突发性故障相对较少，振动故障是其常见故障，通常是由于长期磨损或疲劳导致的，经过长期积累形成的，故体现出渐变性的特点。

2 状态监测技术的范畴与现状

水电机组在线状态监测系统是一个实时在线监测水轮发电机组各部位运行状态的网络化测量系统。它是区别于“计算机监控系统”的电厂的一个独立系统。状态监测技术的实施涉及到计算机、通信、电气、机械、水力等多个专业多个学科，是一项系统工程。一个完整的状态监测系统应该包括对机组以下各部位的状态进行监测：机组相应部位的振动、摆度、轴向位移、压力脉动、空气间隙、磁通密度、局部放电、水轮机空蚀、定子线棒振动、定转子温度、水轮机效率(流量)、主变压器油色谱、励磁系统及其它辅助设备等。其一，监测系统的研究和产品的研制取得了一定的进展。水轮发电机组稳定性(包括振动、摆度和压力脉动)监测和主变压器油色谱的监测技术基本成熟，已广泛地应用到各种水电厂，监测系统的研发重心已转到发电机空间气隙和磁场强度、发电机绝缘局放、定子线棒振动、水轮机空化气蚀、水轮机效率等多种项目上来。其二，大多数早期建立的电厂，其机组的状态监测系统比较单一，或是采取了多个项目的监测，但是各项监测相互独立，此类电厂在设备状态监测产品的应用和管理方面还存在很大完善空间。一些建厂时间晚的现代化大型水电厂，如葛洲坝电厂、隔河岩电厂等，其机组设备状态监测系统更加全面，且有一定的分析诊断能力。

3 水电机组运行状态检测及故障诊断的主要内容

3.1 水电机组运行稳定监测

水电机组运行稳定性监测包括以下几种：进行机械振动监测。振动故障是水电机组最常见、最突出的故障，通常常采用低频振动速度传感器及加速度传感器进行监测，其中采用电涡流位移传感器、电容式非接触位移传感器监测主轴摆度，并采用压力传感器进行水压脉动监测。具体监测过程中要根据现场的实际情况、机组型号及实际容量选择监测测点。通常并非所有机组均需进行全面的状态在线监测，因为多数机组故障发生均有特定的规律，且可反映出机组的安装及运行历史记录中，因此出于节约成本、提高经济效益的角度，可根据机组的实际运行情况选择最主要的状态进行监测。

3.2 调速系统监测

在水电站运行过程中，调速系统是重要的组成部分，其主要功能是实现机组运行控制及速度、功率的调节等，包括机组的开停机、并网等。调速系统运行状态监测的主要对象包括调速器系统、油压系统运行设备，其主要内容包括控制参数、静态特征参数、动态特征参数、机组控制参数等等。调速系统运行的可靠性会对水电站、电网的生产质量及生产安全产生直接影响。不过现阶段专门针对调速系统的状态监测及故障诊断技术研究还相对较少，多采用传统的检修方法。我国研究出一种水轮机调速系统仿真测试装置，其具备系统仿真、状态监测、故障诊断等功能，相信随着水电机组故障诊断技术的不断发展，针对调速系统监测的故障诊断技术也会得到迅速发展。

3.3 建立起合适的专家系统

对于水电机组运行设备状态检修专家系统来说，需要注意的内容包括：①明确与我国实际情况相符合的水电机组故障诊断模式；②按照水电机组检测专家系统的建设基本原则来确定出专家系统的主体结构。水电机组运行设备诊断模式能够很好的建立起工程专家以及诊断专家的联系，诊断模式直接决定了专家系统的推理机制以及控制策略等相关问题。从现阶段来看，我国已经建立起了很多的诊断模式和相应的专家系统，在实际的应用过程中也取得了一定的成绩，但是因为这些系统自身存在着一定的问题造成达不到真正诊断的目的，并且也不能真正反映出机组的运行特性以及运行规律，不能清楚的辨识出机组的故障位置以及严重程度等等。另外，系统的智能化程度相对较低，造成诊断结果不能很明确的表示出来，更多是依靠工程师的技术水平。所以要更加深入的研究适合我国水电机组自身特性以及故障特性的诊断模型，在此基础上才能建立起准确可靠、真实可信的专家系统。

综上所述，线状态监测与故障诊断通过对机组各种状态信息的实时监测，捕捉早期故障征兆，根据其发展趋势和历史记录，对机组进行实时故障分析，有利于水电厂制定合理的设备检修计划，对提高水电机组运行安全可靠性和经济性具有重大意义。

[1] 刘娟，潘罗平，桂中华，周叶. 国内水电机组状态监测和故障诊断技术现状

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[3] 唐拥军，潘罗平. 游程编码压缩技术在水电机组状态监测系统中的应用[J]. 大电机技术，2010(2).