水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究

摘要：隨著我國電力企業(yè)改革的不斷深入，降低設(shè)備維修成本和提升設(shè)備的穩(wěn)定可靠性成為了提升發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。過去，在國內(nèi)采用的是計(jì)劃檢修制度來保障水電機(jī)組的安全運(yùn)行，雖然這種定期維修制度取得一定的效果，但存在缺乏針對性、維修過于盲目、無法對設(shè)備故障提前防范等弊端。隨著水電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)的不斷發(fā)展，此維修制度已滿足不了日益增長的維修需求。作為一種新的維修模式，狀態(tài)維修具有較強(qiáng)的設(shè)備針對性，并能依靠強(qiáng)大的設(shè)備檢測技術(shù)和設(shè)備診斷系統(tǒng)，對機(jī)組設(shè)備日常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的故障，使設(shè)備得到及時(shí)的維修。

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

1水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的分析

1.1機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)

水電機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)，一般包含了機(jī)組結(jié)構(gòu)振動(dòng)、機(jī)組主軸擺度、機(jī)組水壓脈動(dòng)等方面參數(shù)。目前，水電機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)，應(yīng)用的主要原理是機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測，它的重要組成內(nèi)容有兩項(xiàng)，一是振動(dòng)傳感器，二是狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)。一般振動(dòng)傳感器可以收集到不同的非電量特殊參數(shù)，以表征機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)為主，這系列參數(shù)能夠轉(zhuǎn)變成供給機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)需要的電量信號。狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)具有三個(gè)大功能，分別是數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能以及數(shù)據(jù)分析功能，通過這三大功能可以取得較為完整的振動(dòng)的信息，包括幅值信息、相位信息、振動(dòng)波形信息、頻率信息、軸心軌跡信息和振動(dòng)趨勢信息等，這些信息對于發(fā)現(xiàn)水電機(jī)組振動(dòng)的原因及分析水電機(jī)組存在的故障都十分重要。

1.2水輪機(jī)效率監(jiān)測技術(shù)

通過監(jiān)測水輪機(jī)的效率，對提升機(jī)組自動(dòng)化水平及經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行都具有重要的作用。水輪機(jī)效率監(jiān)測主要是采集測量無功功率、有功功率、接力器行程、工作水頭、水輪機(jī)流量的參數(shù)。除了水輪機(jī)的流量，在一些大中型水電廠中已經(jīng)能夠?qū)ζ渌麉?shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，而且數(shù)據(jù)的精確度較高。測量水輪機(jī)過機(jī)流量的方法有很多，但是，能夠用來在線測量的方法主要有蝸殼差壓法以及超聲波法。前者由于操作簡單、造價(jià)較低實(shí)用性比較高。后者受到水輪機(jī)特殊流道條件的影響，測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都需要得到提高。

1.3水輪機(jī)發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度監(jiān)測技術(shù)

經(jīng)過長時(shí)間的改進(jìn)和應(yīng)用，氣隙監(jiān)測系統(tǒng)在國外很多國家的水電站都有進(jìn)行安裝。主要是通過配套前置器和平板電容式傳感器來測量發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度，然后利用計(jì)算機(jī)采集、存儲(chǔ)和輸出數(shù)據(jù)。在氣隙中通常采用電容式位移傳感器，主要是通過對被測表面和傳感器平板之間等效電容的變化進(jìn)行監(jiān)測來得出兩平面之間的距離。另外，由于傳感器是平板形式所以可以在定轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行安裝。國內(nèi)的水輪發(fā)電機(jī)氣隙和磁場強(qiáng)度監(jiān)測技術(shù)發(fā)展起步比較晚，隨著在線監(jiān)測系統(tǒng)的不斷升級和應(yīng)用，我國部分水電廠已經(jīng)進(jìn)行安裝和應(yīng)用VibioSystM公司的AGM系統(tǒng)。

1.4水輪機(jī)空化在線監(jiān)測

空化作為水輪機(jī)破壞的主要形式之一，直接影響水輪機(jī)的能量特性，使其效率、出力下降;還可導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、水壓脈動(dòng)增加;尤其在泥沙磨損的聯(lián)合作用下，其破壞更加強(qiáng)烈，嚴(yán)重威脅機(jī)組的穩(wěn)定性，大大縮短水力機(jī)組的運(yùn)行周期，增加檢修工作量，帶來昂貴的維修成本和巨額的發(fā)電損失。因此，研究水輪機(jī)空化監(jiān)測方法，并研制相應(yīng)的系統(tǒng)，具有極大的學(xué)術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。世界各國對空化產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入的研究，清楚地了解了空化發(fā)生的條件及產(chǎn)生的結(jié)果，但是，如何在工程實(shí)際中監(jiān)測空化現(xiàn)象的發(fā)生及判斷空蝕程度，至今仍在不斷的探索中。

1.5絕緣局放監(jiān)測技術(shù)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，水電機(jī)組有大約50%的故障來源于電氣，其中40%的故障歸咎于定子繞組絕緣的老化或退化。迄今為止，一致認(rèn)為局放放電是電機(jī)常見事故之一。局部放電是指水輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣層的內(nèi)部或邊緣發(fā)生的非貫穿性放電現(xiàn)象。尤其是高壓絕緣系統(tǒng)中，在絕緣層的表面和內(nèi)部小空隙中更有可能產(chǎn)生局部放電。絕緣局放監(jiān)測的主流方法是脈沖電流法，利用絕緣局部放電監(jiān)測技術(shù)對水輪機(jī)發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行在線監(jiān)測，能夠?qū)Χㄗ永@組的絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)潛在故障征兆，從而避免產(chǎn)生惡性事故。

1.6主變壓器油氣監(jiān)測技術(shù)

電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型，通過對變壓器油中氣體的色譜分析，是發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度早期診斷最有效的方法。主變色譜狀態(tài)監(jiān)測主要通過對變壓器設(shè)備油中溶解的氣體含量和增長率進(jìn)行在線監(jiān)測來發(fā)現(xiàn)故障，再利用故障診斷系統(tǒng)對設(shè)備故障隱患信息進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，防止設(shè)備事故的產(chǎn)生，能夠有效提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，避免重大損失。

2水電機(jī)組故障診斷技術(shù)應(yīng)用的分析

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)測的過程中，需要對水電機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過觀察曲線變化，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，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，通過對比歷史數(shù)據(jù)、曲線趨勢以評價(jià)檢修效果;分析瞬態(tài)過程和熱穩(wěn)定過程氣隙變化數(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)在線監(jiān)測系統(tǒng)不但可以利用自帶的各種分析診斷工具，對機(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)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以合理安排機(jī)組小修、大修或者擴(kuò)修。

3結(jié)語

總之，水電機(jī)組是水電廠的重要組成部分，因此，水電廠的技術(shù)人員需要定期對水電機(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)備問題出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。在對水電機(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)展越來越快，水電機(jī)組設(shè)備故障診斷的技術(shù)水平也越來越高，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)

[1]何中偉，鄭源，梁曉玲，等.新型H型葉片潮流能水輪機(jī)不同翼型水動(dòng)力性能分析[J].水利水電技術(shù)，2016，（10）.

[2]蘇偉.關(guān)于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪故障以及處理方法分析[J].化工管理，2017，（30）：181.

[3]廖翠林，陸力，李鐵友，等.魚友型水輪機(jī)研究進(jìn)展及建議[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2014，（4）.

[4]葛彬.解析水電機(jī)組常見故障和解決技術(shù)的應(yīng)用[J].低碳世界，2017，（31）：46-47.

[5]劉小云.水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].設(shè)備管理與維修，2017，（10）.

作者介紹：

田源;男;漢族;四川省雅安市;碩士研究生;工程師;研究方向：繼電保護(hù)及水電機(jī)組故障診斷;四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司。