水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)應(yīng)用探析

摘 要：水電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題后，要及時(shí)進(jìn)行處理與維修，這樣可以有效延長(zhǎng)水電機(jī)組的使用壽命，可以避免水電機(jī)組出現(xiàn)故障問(wèn)題而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。并且隨著科技水平的提升，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)正向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，應(yīng)用這些先進(jìn)的技術(shù)，可以提高故障檢修的效率。文章對(duì)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，希望對(duì)故障檢修人員提供一定幫助，促進(jìn)水電廠更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水電機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；技術(shù)

水電機(jī)組是水電廠的重要組成，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)水電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性有著較大的影響，目前我國(guó)水電廠的規(guī)模越來(lái)越大，水電機(jī)組的單機(jī)容量也在不斷加大，這同時(shí)也增加了水電機(jī)組運(yùn)行的安全隱患。為了保證水電廠正常運(yùn)行，必須定期對(duì)水電機(jī)組進(jìn)行檢修與維護(hù)，要采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)水電機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)前自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在發(fā)現(xiàn)水電機(jī)組存在故障時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，這有助于技術(shù)檢修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修。當(dāng)前科技在不斷進(jìn)步，故障診斷技術(shù)的準(zhǔn)確性也越來(lái)越高，這也決定了其在水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)中會(huì)有更好的應(yīng)用前景。

1 水電機(jī)組故障概述

水電機(jī)組是水電廠中常見(jiàn)的設(shè)備，這種設(shè)備常見(jiàn)的故障主要是振動(dòng)故障，在運(yùn)行的過(guò)程中，如果出現(xiàn)振動(dòng)異常現(xiàn)象，則會(huì)引起較多的故障問(wèn)題。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水電機(jī)組故障有80%都是由振動(dòng)引起的。為了有效的解決水電機(jī)組故障問(wèn)題，必須了解水電機(jī)組故障的特點(diǎn)，這也是水電廠技術(shù)人員重點(diǎn)研究的問(wèn)題。下面筆者對(duì)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)故障特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 水電機(jī)組故障具有復(fù)雜性

水電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其涉及的內(nèi)容比較多，比如機(jī)械系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)以及水力系統(tǒng)等。水電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中，容易受到機(jī)械、電磁以及水力等因素的影響。水電機(jī)組出現(xiàn)機(jī)械故障的原因很多，比如轉(zhuǎn)動(dòng)部件不平衡，部件脫落、法蘭連接松動(dòng)等，轉(zhuǎn)動(dòng)部件異常運(yùn)動(dòng)會(huì)與固定部件產(chǎn)生較大的摩擦，容易造成部件損壞；在對(duì)水電機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí)還發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)軸承間隙過(guò)大也是引起故障的重要原因。水電機(jī)組出現(xiàn)水力方面的故障，可能是卡門(mén)渦、葉片進(jìn)口水流沖角過(guò)大、尾水管漩渦流等方面引起的故障問(wèn)題，這些因素會(huì)引起高頻壓力脈動(dòng)現(xiàn)象，會(huì)使水電機(jī)組出現(xiàn)異常運(yùn)行的危險(xiǎn)。在電磁方面，發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙不均勻或者轉(zhuǎn)子與磁極線(xiàn)圈匝間短路，都容易引起振動(dòng)現(xiàn)象。機(jī)械、水力以及電磁等因素會(huì)引起水電機(jī)組單一振動(dòng)，也會(huì)引起耦合振動(dòng)，三者具有相互影響的關(guān)系。所以水電機(jī)組振動(dòng)故障具有復(fù)雜性，通過(guò)直觀判斷很難準(zhǔn)確的找到故障原因，維修人員必須利用先進(jìn)的技術(shù)，這樣才能及時(shí)解決故障問(wèn)題。

1.2 水電機(jī)組故障具有漸變性

水電機(jī)組出現(xiàn)故障具有動(dòng)態(tài)性，在不同的運(yùn)行階段，故障會(huì)出現(xiàn)變化。水電機(jī)組與水電廠其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備相比，轉(zhuǎn)速具有較大的差異，水電機(jī)組的轉(zhuǎn)速相對(duì)比較慢，一般在100-200r/min左右。水電機(jī)組的常見(jiàn)故障為振動(dòng)故障，在水電機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，這一故障具有漸變的特點(diǎn)，這給技術(shù)維修人員也帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)，必須針對(duì)水電機(jī)組耗損故障找出具有針對(duì)性的措施。水電機(jī)組突發(fā)性故障一般比較少，其出現(xiàn)故障的原因一般是由于長(zhǎng)期磨損或者疲勞導(dǎo)致的，是長(zhǎng)期積累形成的。水電機(jī)組部件出現(xiàn)振動(dòng)故障一般是有空化或者泥沙磨損引起的，并在不斷發(fā)展的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在解決這一故障問(wèn)題的過(guò)程中，需要利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及趨勢(shì)分析法，要對(duì)機(jī)組故障征兆進(jìn)行捕捉?，F(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以發(fā)出早期警報(bào)，這可以對(duì)技術(shù)維修人員進(jìn)行提醒，使其做好防范以及處理準(zhǔn)備，可以保證水電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中更加穩(wěn)定，還要保證故障檢修的準(zhǔn)確性。

1.3 水電機(jī)組故障具有不規(guī)則性

水電站建造的地理位置不同，其水質(zhì)以及地質(zhì)也會(huì)有較大的差異，而且水電站設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)水電站的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。另外，水電站建設(shè)還會(huì)受到經(jīng)濟(jì)技術(shù)的影響，所以，不同地區(qū)的水電站中水電機(jī)組性能也有較大的差距。水電機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，還會(huì)受到電網(wǎng)、安裝技術(shù)、氣候等方面的影響，由于這些因素具有不可預(yù)見(jiàn)性，所以，水電機(jī)組故障具有不規(guī)則性。有時(shí)一些通用型故障診斷系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)出不規(guī)則水電機(jī)組故障，這對(duì)維修人員的維修技術(shù)水平也提出了更高的要求。

2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)通常包括機(jī)組的結(jié)構(gòu)振動(dòng)、主軸擺度、水壓脈動(dòng)等參數(shù)。當(dāng)前，水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)基本原理是：振動(dòng)監(jiān)測(cè)由振動(dòng)傳感器和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)組成。傳感器負(fù)責(zé)收集表征機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的各種非電量特征參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為可供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的電量信號(hào)。監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)分析三大功能，可獲取較為全面的振動(dòng)信息，包括幅值、相位、頻率、振動(dòng)波形、軸心軌跡和振動(dòng)趨勢(shì)等，這對(duì)于判定振動(dòng)的起因和進(jìn)行事故的分析是比較合適的選擇。

2.2 機(jī)組結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

通常采用低頻振動(dòng)速度傳感器和加速度傳感器，主軸擺度監(jiān)測(cè)采用電渦流位移傳感器或電容式非接觸位移傳感器，水壓脈動(dòng)監(jiān)測(cè)采用具有良好動(dòng)態(tài)特性的壓力傳感器。監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)根據(jù)機(jī)組型式和容量，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇。一般而言，并不是所有機(jī)組都需要對(duì)如此眾多的狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，絕大多數(shù)機(jī)組容易產(chǎn)生故障的因素，在機(jī)組的安裝和運(yùn)行歷史記錄中都有反映；為此，可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況選擇其中最為主要的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。另外為節(jié)約成本，對(duì)于那些不經(jīng)常出現(xiàn)故障的項(xiàng)目還可以采用離線(xiàn)檢測(cè)的方式。

3 水電機(jī)組故障診斷技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

水電機(jī)組在水電廠運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及故障診斷技術(shù)，可以保證水電機(jī)組更加安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，可以提高水電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，需要對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過(guò)觀察曲線(xiàn)變化，可以了解機(jī)組部件是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)主機(jī)廠提供的性能參數(shù)值和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，建立各工況下的報(bào)警定值和樣本數(shù)據(jù)，自動(dòng)實(shí)時(shí)判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警和預(yù)警信號(hào)，便于值班人員第一時(shí)間掌握機(jī)組異常信息并采取相應(yīng)措施。自動(dòng)生成檢修前、后各種狀態(tài)報(bào)告，通過(guò)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)趨勢(shì)以評(píng)價(jià)檢修效果；分析瞬態(tài)過(guò)程和熱穩(wěn)定過(guò)程氣隙變化數(shù)據(jù)，指導(dǎo)機(jī)組安裝和優(yōu)化設(shè)計(jì)、輔助分析機(jī)組的異常振動(dòng)和擺度。水電機(jī)組機(jī)組狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不但可以利用自帶的各種分析診斷工具，對(duì)機(jī)組異常信息進(jìn)行深入分析，輔助發(fā)現(xiàn)異常原因，指導(dǎo)機(jī)組檢修工作，根據(jù)狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以合理安排機(jī)組小修、大修或者擴(kuò)修。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)其運(yùn)行的穩(wěn)定性有著一定影響，應(yīng)用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，可以對(duì)早期故障進(jìn)行報(bào)警，可以幫助技術(shù)維修人員快速的解決問(wèn)題。水電機(jī)組是水電廠的重要組成部分，所以，水電廠的技術(shù)人員需要定期對(duì)水電機(jī)組進(jìn)行故障檢查，這樣可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，可以避免水電廠因?yàn)樵O(shè)備問(wèn)題出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。在對(duì)水電機(jī)組進(jìn)行故障檢修時(shí)，也要注意積累經(jīng)驗(yàn)，這樣有助于提高檢修的效率。水電廠的發(fā)展越來(lái)越快，水電機(jī)組設(shè)備故障診斷的技術(shù)水平也越來(lái)越高，這可以有效的保證水電機(jī)組故障檢修的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：肖濤（1986-），男，四川眉山人，助理工程師，從事水力發(fā)電站運(yùn)行設(shè)備管理工作。