1、1水电机组状态监测与故障诊断系统【摘要】水电机组状态的检测和故障的诊断对于水电机组来说极其重要。本文分析了水电机组状态监测和故障诊断系统的结构,分析了故障诊断目前的现状,同时,对于分析了展开水电机组状态监测和故障诊断的意义。 【关键词】水电机组;状态监测;故障诊断系统 中图分类号:TV 文献标识码:A 文章编号: 一、前言 水电机组能否很好的工作,取决于能否对其进行合理的监测,及时的发现问题,处理问题,以保证其顺利的运行。而水电机组的故障诊断是保证水电机组能够排除问题,继续恢复工作的保证,所以,研究和分析水电机组状态监测和故障诊断系统很有必要。 二、机组状态监测与诊断系统的总体结构 系统采用复
2、杂的分布分层双局域网结构。系统由状态监测局域网和电厂局域网两套局域网组成。从信号的角度看,系统由传感器层、信号采集与预处理层、服务器层、BS浏览器终端、远方运行分析中心五层结构组成。 1.传感器和变送器:将机组各部件采集的各种物理信号转化为电信号。 2.信号采集及预处理系统:采集传感器和变送器信号,将这些信号采集和处理,得到反映机组运行状态的各种特征参数、曲线、图表等;其中2主变在线监测系统和#1 机组局放监测装置通过 485 通讯接入#1 机组状态监测装置,机组流量监测装置和#3 机组局放监测装置通过 485 通讯接入#3机组状态监测装置。 3.状态数据服务器:接受信号采集及预处理系统的数据
3、,自动运行分析和诊断软件,定期提供状态检查日志、状态发展趋势、自动状态报告,自动存储有故障时的监测数据等。发布数据服务器中的数据、分析结果、诊断结果,包括与本地或远程的监测、分析、诊断、维护工作站的交互,定期向远程发送日志、趋势以及有故障的实时数据等,并提供状态数据查询服务。 4.由于电厂状态监测内容较多,数据通信容量较大,故建立独立的状态监测与诊断系统的 TCP/IP 局域网,与电厂的 MIS 局域网分开,以保证状态监测的实时性,避免两个系统之间的通信干扰。同时又通过 Web 服务器将两个网络连接起来,使 MIS 用户可以用浏览器方式有效地对机组状态进行监测分析和诊断,(2008 年奥运至今
4、,根据国网公司二次系统安全防护规定,暂时将 WEB 服务器与电厂 MIS 局域网断开、镜像服务器与外网断开)。三、状态监测技术现状 目前,国内外研究较多的水电机组状态监测技术包括:机组振动稳定性在线监测技术、水轮机效率在线监测技术、水轮机空化监测技术、发电机绝缘局放监测技术、发电机气隙和磁场强度监测技术、主变压器油气监测技术等。国内外在水电站状态监测技术的应用方面做了大量的工作,研制开发出了一批实用产品。 3机组振动稳定性监测技术水电机组振动稳定性监测通常包括机组的结构振动、主轴摆度、水压脉动等参数。当前,水轮发电机组振动稳定性监测基本原理框图见图。振动监测由振动传感器和监测分析系统组成。传感
5、器负责收集表征机组振动状态的各种非电量特征参数,并转化为可供监测系统使用的电量信号。监测分析系统主要包括数据采集、数据存储与数据分析 3 大功能,可获取较为全面的振动信息,包括幅值、相位、频率、振动波形、轴心轨迹和振动趋势等,这对于判定振动的起因和进行事故的分析是比较合适的选择。 机组结构振动监测通常采用低频振动速度传感器和加速度传感器,主轴摆度监测采用电涡流位移传感器或电容式非接触位移传感器,水压脉动监测采用具有良好动态特性的压力传感器。监测测点根据机组型式和容量,以及现场实际情况选择,表 1 为各种类型水轮发电机组的典型测点配置表。一般而言,并不是所有机组都需要对如此众多的状态进行在线监测
6、,绝大多数机组容易产生故障的因素,在机组的安装和运行历史记录中都有反映;为此,可根据机组运行的实际情况选择其中最为关注的状态进行监测和分析。另外为节约成本,对于那些不经常出现故障的项目还可以采用离线检测的方式。 四、水电机组开展机组状态在线监测系统的重要意义 1、保障机组安全、稳定、经济运行的重要手段 4水电机组机组状态在线监测系统主要通过以下五大功能,保障机组安全、稳定、经济运行。实时监测功能:以各种直观易懂的图形或曲线实时显示稳定性数据变化、气隙数据变化,便于运行人员或检修人员实时了解机组各部件运行状态,随时确保机组状态良好。 预警报警功能:根据主机厂提供的性能参数值和现场运行调试经验,建
7、立各工况下的报警定值和样本数据,自动实时判断机组运行状态,当状态发生变化时,及时发出报警和预警信号,便于值班人员第一时间掌握机组异常信息并采取相应措施。 性能评估功能:自动生成检修前、后各种状态报告,通过对比历史数据、曲线趋势,以评价检修效果;分析瞬态过程和热稳定过程气隙变化数据,指导机组安装和优化设计、辅助分析机组的异常振动和摆度。 2、水电机组特点和行业发展的内在需要 (一)相对火电厂来说,水电厂生产环节简单、设备较少、自动化水平较高,更有利于开展机组状态在线监测系统。 (二)水轮机组的振动、摆度,多是由于水力、电磁、机械等因素耦合作用的结果,振动机理比较复杂,直观判断和简单的测试,常常难
8、以找到本质原因;有些故障与运行参数有关,出现的偶然性较大,数据不易捕捉。因此,急需该系统及时记录故障信息,以便分析并找出产生振摆异常的本质原因。 (三)指导机组检修和开展机组状态检修的重要技术基础与依据 水电机组机组状态在线监测系统不但可以利用自带的各种分析诊断工具,对机组异常信息进行深入分析,辅助发现异常原因,指导机组检5修工作;同时,它也是未来机组状态检修的技术核心,充当着设备健康状况诊断医生的重要角色,其最终目的是为机组状态检修服务提供依据、技术支持,根据状态在线监测系统获得的机组特征信号,准确掌握设备状态情况,合理安排机组小修、大修和扩修。 五、故障诊断技术的发展 现阶段机组状态监测和
9、故障诊断系统并不能完全避免机组的所有故障,但好的水电机组故障诊断系统应该能够提供两个主要功能,一个是在故障未发生时,提供机组运行健康状态和故障预警,避免和预防故障的发生,为实现状态检修提供技术支持,二是在故障即将发生或已经发生时,减轻故障影响和事故后果,并指导后期维修。另外,故障诊断专家系统还可以使水电厂和水电专家常年积累的专业知识,得以系统化的保存、再现和应用。在近几十年,水电机组故障诊断技术取得了较大的进展,主要表现在以下 4 个方面: 1、计算机技术的发展使得水电机组状态监测技术日益完善。市场上已经出现较为成熟的水电机组状态监测系统,水电厂积极开展状态监测设备的安装和应用,使得状态检修这
10、种科学的检修制度有了一定的技术基础,并使得实时诊断成为可能。 2、故障诊断方法不断出现新成果。贝叶斯网络、灰色理论分析、时间序列分析、全息谱分析、故障诊断专家系统、人工神经网络系统等技术在故障诊断中得到了较为广泛的研究和初步应用。这些方法的出现使得水电机组故障诊断水平得到了一定的提高。 3、传感器技术和检测技术的发展,如超声波技术、声发射技术、6热成象诊断技术、油样分析技术等技术的应用日趋成熟,扩大了故障诊断技术在水电机组的应用范围。 4、国内外从事故障诊断的专业人员和专业机构大大增加。近年来,国内外许多高校和研究院就设置了故障诊断方面的研究,开展了大量水电机组故障诊断课题的研究,既培养出一批
11、故障诊断专业人才,也出了一些研究成果,加快了水电机组故障诊断技术学科的发展。 随着我国电力工业的迅速发展和我国多年来从事的故障诊断工作研究, 水电站设备故障诊断技术及故障诊断系统日益引起制造厂、电厂和科研院所的认识和重视。通过对国内外水电站故障诊断技术及应用情况的了解,认识故障诊断系统存在的不足,积极开展故障诊断系统的研究工作,将会更快地推动我国水电机组故障诊断技术的发展。 六、结束语 水电机组状态的监测和故障诊断系统是保证水电机组日常运行的科学的系统,需要对其进行长期的研究和分析,提高该系统的整体性能和使用效果,不断总结系统运行中需要注意的问题和经验,以提高水电机组运行的效率和质量。 参考文献 1刘春波,等.水轮发电机组状态在线监测现状及展望J.水电站机电技术,2008,31(6):38-40. 2汪军,朱浩.水电机组状态检修的现状和发展趋势J.水电厂自动化,2005,(2):14-17. 3 周叶,潘罗平.实时数据库在水电机组状态监测中的应用J. 水7电站机电技术. 2011(01) 4 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J. 大电机技术. 2010(02) 作者简介 徐亮:男,1982 年生,本科,助理工程师。毕业于杭州电子科技大学自动化专业,现从事抽水蓄能电气 BOP 和水电电控设计工作。