基于数据统计的水电厂设备运行分析

高 凡，柏文珺，李 宁

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水电厂设备运行情况对机组安全稳定运行具有极其重要的作用。随着水电厂机组运行年限的增加，其安全稳定性呈现逐渐下降的趋势，机组运行过程中存在较大的不确定性，设备运行异常情况发生频率呈现逐渐上升趋势。

目前，对水电厂设备运行情况的研究主要集中在提高设备运行可靠性[1-2]、设备长周期运行措施制定[3-4]等方面。很少基于机组运行历史数据进行分析研究。

鉴于目前研究的不足，本文以机组实际运行数据为依据，应用统计学的方法对设备运行情况进行统计分析[5]。首先，对2015-2019年5年间设备运行异常次数进行统计，然后分别对不同月份设备异常次数进行统计分析，其次对自动化设备、继电保护设备、一次设备、机械设备和水工设备在不同年份运行异常情况进行统计分析，再次，对历年设备缺陷进行统计分析，评估设备健康程度，最后对自动化设备、继电保护设备、一次设备、机械设备和水工设备运行异常出现频次较高的设备进行分析研究，并对机组运行和检修计划提出相应的建议。

1 设备运行异常频次统计分析

水电机组设备众多，其大致可分为自动化设备、继电保护设备、一次设备、机械设备和水工设备五个部分。

对A厂水电机组历年运行异常情况进行统计分析，有助于了解设备健康情况，以便制定相应的运行方式和检修、改造计划。

根据2015-2019年A厂的历史运行数据，对5年时间里设备运行异常情况进行统计，其统计结果如图1所示。

从图1知，2015-2019年5年时间里，设备运行异常次数呈现上升趋势，主要由于随着设备运行时间延长，老化严重导致其运行异常次数增加。

为探究设备在不同月份运行情况，将不同月份设备运行异常次数进行统计，其运行异常次数变化如图2所示。

从图2可知，不同年份在不同月份设备运行异常次数均存在一定的变化；结合五年历史运行数据来看，机组在8月设备运行异常次数较其它月份偏多，主要由于在汛期机组长时间大负荷运行导致机组损伤较大，其健康性较其他月份偏低，导致其运行可靠性降低。4月总体运行异常次数较少，主要由于机组刚经过春季检修，其可靠性较高。

为进一步分析不同设备在2015-2019年运行异常情况，将不同设备在这5年期间的运行异常次数进行统计分析，其统计结果如图3所示。

图3 不同年份不同设备运行异常次数统计

从图3可知，该厂自动化设备运行异常出现频率较高，主要由于自动化元器件出现老化所致。对比分析2015年至2019年运行异常数据知，自动化设备和机械设备运行异常次数均呈现出逐年增加的趋势，可见A厂的自动化设备和机械设备存在老化加剧的趋势，需要定期检修并逐步进行升级改造。

为进一步评估设备的健康状态，对历年设备缺陷进行研究，有助于客观的反应设备的健康状态，以便制定相应的检修和改造计划。为探究不同设备缺陷情况，将2015年至2019年五年时间设备缺陷情况进行统计分析，历年设备缺陷数统计结果如图4所示。

图4 历年设备缺陷次数统计

从图4可知，不同年份设备缺陷数存在一定波动，且自动化设备缺陷数量明显高于继电保护设备、一次设备和机械设备。对比分析图3、图4，设备缺陷数和运行异常数存在相似性，可见自动化设备运行异常主要由于设备缺陷所致，其健康性较差。为进一步评估自动化设备的健康程度，对历年缺陷数据进行分析发现，自动化设备缺陷主要集中在通讯中断、励磁系统、技术供水、调速器四个方面。

2 设备运行异常分析评估

2.1 自动化设备异常分析

对A厂自动化设备2015到2019年五年的运行异常和缺陷历史数据进行对比分析，运行异常出现频率较高的设备主要集中在：励磁系统、调速器、排水系统、通讯中断四个方面，其统计结果如表1所示。

表1 2015-2019年自动化设备异常统计

从表1可知，励磁系统、调速器、技术供水系统和通讯中断故障次数均呈现出增长趋势。分别对四种运行异常情况进行分析，励磁系统故障集中在励磁触摸屏死机，主要由于励磁自动化元件老化所致，需进行改造升级；调速器故障主要集中在通道切换失败和油位计断层两个方面，通过对油位计进行整体更换后其出现异常次数明显减小，对调速器程序进行优化后通道切换失败现象消失；技术供水系统集中在主要集中在自动化元器件异常导致其数值显示不准，主要由于自动化元件老化所致，通过更换自动化元件后均能正常显示；通讯中断主要集中在状态监测和监控系统通讯两个方面，对其程序进行优化后，通讯中断问题得到明显改善。

2.2 继电保护设备异常分析

继电保护设备在2015至2019年运行异常主要集中在电制动开关、保护盘和厂用电三个方面，对其出现次数进行统计，其统计结果如表2所示。

从表2可知，机组保护盘告警和厂用电故障次数均呈现出增长趋势。分别对三种运行异常情况进行分析，电制动开关异常主要由于电制动电动机直流电源Q02脱扣所致，通过对其进行更换后未出现脱扣现象；机组保护盘告警主要集中A厂2F停机时出现转子一点接地告警信号，该信号属于误报，其报警信号出现后须待机组停机后进行复归，该缺陷待保护改造时进行处理；厂用电主要集中在开关不能正常电气分合闸，通过对控制回路进行处理后均能恢复正常。

表2 2015-2019年继电保护设备异常统计

2.3 一次设备与水工设备异常分析

2015-2019年一次设备和水工设备运行异常较少，一次设备主要运行异常和开关脱扣和电机运行异常，均由于设备老化严重导致，通过对其更换后均能恢复正常运行。水工设备异常主要在桥机电动葫芦故障，2019年对其进行大修后，运行异常明显较少。

2.4 机械设备异常分析

在2015至2019年间机械设备运行异常主要集中在空压机、调速器、排水系统和技术供水四个个方面，对其出现次数进行统计，其统计结果如表3所示。

表3 2015-2019年机械设备异常统计

从表3可知，空压机运行异常呈现出较快增长趋势，主要由于在2018年改变了微正压运行方式，导致其运行频率明显增加，使得其生命周期缩短，故其运行异常出现频率偏高；调速器系统运行异常主要集中在压力表渗油和压差装置报警；排水系统故障主要集中在渗漏泵和检修泵盘根甩水，技术供水运行异常主要出现在渗水方面，对其进行密封处理后均恢复正常运行。

3 结 语

本文基于A厂设备运行历史数据对2015年至2019年五年间设备运行异常情况和设备缺陷进行统计分析，经过对比5年的历史数据得到如下结论：

一是该厂设备呈现出老化严重的问题，特别是励磁系统和调速器，需要对其改造升级；二是对微正压运行方式进行优化，能够有效降低其运行异常次数；三是机械设备在密封方面需要进行改进。