瓦斯發(fā)電機(jī)組外循環(huán)冷卻系統(tǒng)節(jié)能改造

原寬

【摘?要】目前，我國(guó)的各行各業(yè)的發(fā)展迅速，發(fā)電機(jī)組的安全與穩(wěn)定運(yùn)行是電網(wǎng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的隱患，且對(duì)保證發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。發(fā)電機(jī)一般由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、機(jī)座以及軸承等零部件組成，而每個(gè)單獨(dú)的零部件又由很多的零部件構(gòu)成。由于發(fā)電機(jī)的組成元件過(guò)于復(fù)雜，因此如何有效設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)點(diǎn)、有效提取到發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)信息就尤為困難。因此，有效地對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。

【關(guān)鍵詞】瓦斯發(fā)電機(jī)組;外循環(huán)冷卻系統(tǒng);節(jié)能改造

引言

煤礦瓦斯發(fā)電機(jī)組采用外循環(huán)的冷卻水開(kāi)式設(shè)計(jì)，一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)可供多臺(tái)發(fā)電機(jī)組冷卻降溫，存在不節(jié)能現(xiàn)象。現(xiàn)從冷卻水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)水、節(jié)電兩方面入手，著重分析冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，根據(jù)瓦斯發(fā)電機(jī)組的開(kāi)機(jī)率改變其對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方式。通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，節(jié)能改造取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)水、節(jié)電的目的。

1發(fā)電機(jī)電壓表指示有誤，影響并網(wǎng)10個(gè)小時(shí)

2001年10月6日，1號(hào)機(jī)組多次并網(wǎng)操作中，自動(dòng)同期裝置均不能輸出合閘信號(hào)，導(dǎo)致10個(gè)小時(shí)不能并網(wǎng);并伴隨過(guò)激磁V/HZ保護(hù)動(dòng)作報(bào)警，但發(fā)電機(jī)電壓表計(jì)指示為20kV、空載頻率指示50HZ，均為額定值。期間，電氣維修人員對(duì)自動(dòng)同期裝置、AVR系統(tǒng)、并網(wǎng)TV二次電壓輸出、各測(cè)量回路、電氣保護(hù)及邏輯、并網(wǎng)斷路器及其操作回路等進(jìn)行了全面排查，未發(fā)現(xiàn)異常。當(dāng)了解上述情況后，立即建議更換發(fā)電機(jī)20kV電壓表。措施采納后，發(fā)電機(jī)很快并網(wǎng)成功。即在不到10分鐘內(nèi)解決了10個(gè)小時(shí)不能并網(wǎng)的重大事件。異常的正確判斷，是由一組數(shù)據(jù)開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)，發(fā)電機(jī)出口電壓及主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓表指示分別為20kV、60.5A、4.05V。在正?？蛰d額定運(yùn)行時(shí)，由于定子鐵芯磁通未進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，上述三個(gè)特性數(shù)據(jù)相互之間應(yīng)為線性比例（或接近線性比例）關(guān)系，而當(dāng)時(shí)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)際發(fā)生了一點(diǎn)偏差。即勵(lì)磁參數(shù)60.5A、4.05V之間呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，而勵(lì)磁參數(shù)60.5A、4.05V與發(fā)電機(jī)出口電壓20kV之間均不能比例對(duì)應(yīng)。并且主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓已大于額定空載數(shù)值（57A、3.84V）5%左右，而發(fā)電機(jī)電壓為20kV，等于額定值。由此可判斷：既然勵(lì)磁參數(shù)之間符合比例關(guān)系，那么主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓表應(yīng)判斷為指示準(zhǔn)確;而由發(fā)電機(jī)電壓與空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓均不成比例，且已校驗(yàn)其傳感器輸出正常，可初步判斷發(fā)電機(jī)電壓表表頭指示有誤，即偏小。這是此次異常分析的關(guān)鍵。因勵(lì)磁參數(shù)已超過(guò)空載值，雖然發(fā)電機(jī)電壓表計(jì)指示相對(duì)偏小，但實(shí)際開(kāi)入同期裝置的電壓量可能已偏大，并超出允許范圍，這同時(shí)可由V/HZ保護(hù)報(bào)警證實(shí)，并由此保護(hù)動(dòng)作閉鎖了自動(dòng)同期裝置，所以機(jī)組不能并網(wǎng)。并網(wǎng)時(shí)，操作及技術(shù)人員疏忽了主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓與發(fā)電機(jī)電壓數(shù)值的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，過(guò)度依賴指示有誤的發(fā)電機(jī)電壓表，為滿足電機(jī)出口額定為20kV電壓的并網(wǎng)條件，過(guò)度升高了勵(lì)磁參數(shù)，使發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓超出范圍而不能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，每次并網(wǎng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)20kV時(shí)，受各種因素的影響，空載勵(lì)磁電流及勵(lì)磁電壓與其額定值總有一點(diǎn)偏移，這是造成疏忽的主要原因。另外，該機(jī)組電氣表采用美國(guó)GE公司產(chǎn)品，投產(chǎn)10多年，從未發(fā)生差錯(cuò)，這也是本次并網(wǎng)異常未能及時(shí)正確分析的原因之一。根據(jù)上述分析，現(xiàn)場(chǎng)更換了電壓表，實(shí)際發(fā)電機(jī)電壓已超過(guò)21kV，證明判斷正確，也就及時(shí)解決了此次并網(wǎng)異常。

2概述

公司煤層氣公司下屬瓦斯發(fā)電場(chǎng)由6個(gè)發(fā)電站組成，共裝機(jī)17臺(tái)，總裝機(jī)容量8.5？MW。瓦斯發(fā)電機(jī)組外循環(huán)冷卻泵耗電是電站自用電的主要組成部分。原設(shè)計(jì)外循環(huán)冷卻泵兩用一備，可以滿足3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)的冷卻水量要求，而單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的裕量被大量浪費(fèi)。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)，由于氣源緊張，2009年瓦斯發(fā)電場(chǎng)各發(fā)電站單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間超過(guò)全年運(yùn)行時(shí)間的65%以上，可見(jiàn)因單機(jī)運(yùn)行造成的外循環(huán)冷卻泵的裕量浪費(fèi)是巨大的。經(jīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析提出：將可以保證3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的兩用一備外循環(huán)冷卻泵的工作方式變?yōu)閱闻_(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)一用兩備的工作方式，在節(jié)電的同時(shí)減少上塔冷卻水的散失，達(dá)到節(jié)水的目的。瓦斯發(fā)電場(chǎng)下設(shè)6個(gè)發(fā)電站，按每站單機(jī)全年累計(jì)運(yùn)行8個(gè)月計(jì)算，則可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電3.8×105？kW·h，節(jié)約用水1.6×104？m3，折合節(jié)約費(fèi)用約2.27×105元。

3基于大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)電機(jī)故障診斷

3.1聚類算法

基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的設(shè)備故障診斷方法是通過(guò)故障異常狀態(tài)參量的聚類分析來(lái)挖掘設(shè)備異常的故障模式。在本文中主要通過(guò)DBSCAN（Density-BasedSpatialClusteringofApplicationswithNoise），基于密度的聚類算法）。DBSCAN是一種常見(jiàn)的聚類算法，其用于聚類的基本思想可以簡(jiǎn)述如下：（1）DBSCAN通過(guò)檢查數(shù)據(jù)集中每個(gè)點(diǎn)的δ鄰域（該鄰域的大小由算法給定）來(lái)搜索簇，如果任意一點(diǎn)的δ鄰域包含多于給定點(diǎn)數(shù)，則創(chuàng)建一個(gè)以該點(diǎn)為核心對(duì)象的簇;（2）接步驟（1），如果簇內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)均滿足聚類條件則對(duì)簇進(jìn)行拓展，否則計(jì)該點(diǎn)為噪聲點(diǎn);（3）重復(fù)步驟（2），當(dāng)沒(méi)有新點(diǎn)添加到任何簇時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束。最終可以得出聚類的類別與數(shù)目。

3.2異常檢測(cè)

大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要通過(guò)異常檢測(cè)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的監(jiān)測(cè)。異常檢測(cè)的方法有很多，例如隔離森林、局部異常因子監(jiān)測(cè)、自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（self-organizedmaps，SOM）等。其中本文采用的基于SOM異常檢測(cè)方法，SOM的學(xué)習(xí)過(guò)程不同一般的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其可以不用提前給定任何目標(biāo)輸出。其基本思想上可以簡(jiǎn)述為：當(dāng)輸入矢量輸入到網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)利用隨機(jī)選取的權(quán)值進(jìn)行計(jì)算，尋找到最優(yōu)的神經(jīng)元，然后調(diào)整權(quán)值，用收縮鄰域與學(xué)習(xí)因子（隨時(shí)間而收縮）的辦法，最終使取值形成一組能映射輸入的數(shù)據(jù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)自組織形成時(shí)，訓(xùn)練即結(jié)束。一般而言SOM的神經(jīng)元是一個(gè)二維規(guī)則的單元格（一般有六邊形、矩形），其中每一個(gè)神經(jīng)元均可以由一組向量表達(dá)鄰近神經(jīng)元，且神經(jīng)元之間是根據(jù)一定的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其中SOM的實(shí)現(xiàn)步驟可以簡(jiǎn)述為，將輸入特征向量進(jìn)行歸一化后，反復(fù)訓(xùn)練SOM。每訓(xùn)練一步，計(jì)算SOM權(quán)值與特征向量之間的“歐式距離”，最終選取最短距離的神經(jīng)元為最佳匹配單元（Bestmatchingunit，BMU），BMU的本質(zhì)就是權(quán)值矢量與輸入向量之間最為接近的單元。

結(jié)語(yǔ)

文章所提的基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)電機(jī)故障診斷與預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，在一定程度實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的故障診斷。在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)的預(yù)測(cè)性維護(hù)，該方法避免了傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法的不足，進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷效率。進(jìn)一步提升了海上電網(wǎng)的安全性能，提高了實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

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（作者單位：河南工學(xué)院）