PDF《水电机组状态监测与故障诊断技术新进展》

347 水电机组状态监测与故障诊断技术新进展 北京中水科水电科技开发有限公司(水力机电) 潘罗平、桂中华、周叶、安学利

1 概述 水电机组是水电厂的关键设备,机组运行状态的好坏直接影响水电厂安全运行.

近年来,随着我国水电工程建设的高速发展,水电机组的设计越来越向高水头、高 转速、高效率和大容量的方向发展,设计实践中材料强度更高,构件更加灵活,机 组尺寸增加,相对刚度的减小,必然会带来更多的稳定性问题,机组会不可避免地 出现运行不稳定甚至故障.另外,随着我国电力企业实施 厂网分开、竞价上网 改革的深入,提高设备的可靠性和降低维修成本将成为发电企业经济效益的重要考 核指标.为保障水电机组运行安全,过去我国一直沿用 计划检修 的维修制度, 在一定的程度上收到了较好的成效,但 计划检修 针对性不强,且具有盲目性, 更不能提前防范设备故障,其弊病越来越突出.随着计算机技术、电子技术、现代 测试技术、信号处理技术以及相关科学技术的快速发展,20 世纪

90 年代设备 状态 检修 初露端倪,作为一种设备针对性维修模式,以先进的监测技术和可靠的诊断 手段为前提,以日常的监测和定期检查分析为基础,正确地了解和把握设备的运行 状态,减少设备维修费,延长设备使用寿命,启到了事半功倍的效果.据欧美国家 资料报道,以状态监测和故障诊断技术为基础的预测性维修,可使每年的维修费用 减少 25%~50%,故障停机时间减少 75%. 开展水电机组运行状态监测与故障诊断技术的研究,根据机组状态监测和故障 诊断系统提供的信息,经过统计分析和数据处理,来判断机组的整体和部件的劣化 程度,并在故障发生前有计划地进行针对性维修,能明显提高水电机组运行的可靠 性,延长机组维修周期,降低水电机组检修费用,对保障机组安全、经济运行,提 高发电企业经济效益,增强企业竞争力都具有重大的现实意义.

2 水轮发电机组状态监测与故障诊断新进展

348 国内外众多研究机构对状态监测和故障诊断技术进行了研究,并相继研制开发 出了一系列的较为先进的水电机组状态监测系统,这些系统大都具有较好的监测功 能,但基本上不具备故障诊断功能,目前真正意义上的水电机组故障诊断系统还没 有成功的实例.由于水力发电系统是一个水机电耦合的复杂非线性动力系统,其运 行过程中水电机组故障的产生和发展包含大量的不确定性因素,难以用数学模型对 其进行精确描述,使得水电机组故障诊断技术基本停留在理论研究方面,难以实现 现场的切实可用. 而水电机组状态监测工作由巡检、离线向集成化实时在线发展,集成化监测平 台监测内容丰富、信息量大、处理速度快,对监测结果可显示、存储、打印及报警, 实现了状态监测的自动化,为及时、高效的 发现问题 ,最终实现科学、智能的 分 析问题 、 解决问题 奠定了坚实的基础. 2.1 状态监测系统结构进展 随着计算机和网络技术的发展,水电机组状态监测系统的平台结构也经历了从 单机采集站到分布式远程监测中心的变迁,行业对监测系统的需求,不再限于能够 看到机组的实时运行状态,而要求状态监测系统能提供分布式数据存储、远程管理 和高级数据分析等功能. 2.1.1 单机结构 在电子技术发展初期,有些企业或单位将早期基于单片机、单板机的机组流量、 水头和效率监测装置,用于水电机组的状态监测,如经常使用的 PLC(可编程控制 器)等设备,由于硬件配套齐全,不用自己设计硬件,通用性强,因此,单机采集、 保存数据文件的形式在许多电厂使用. 但这种单机存储文件的方式,无法进行数据的历史检索,也给长期的趋势分析 和数据保存带来了困难.而单机结构的数据采集处理模式,无法发挥网络优势,只 能在现场查看监测画面和数据,分析功能基本上是离线进行. 2.1.2 基于局域网的客户端模式 随着网络技术的兴起,许多电厂都构建了完整的厂区局域网,通过安置机旁柜 工控机进行状态数据采集,再通过网络将数据送往厂级的数据库服务器(如349 SQLServer、Oracle 等) ,这就是基于局域网的客户端模式.这种模式有效的将数据 采集与存储分离,用户计算机只要安装了分析监测软件,或者打开客户端网页,就 可以连上局域网中的数据库服务器进行监测和分析. 但这种模式最大的缺点是,机组运行状态信息仅能实现企业或电厂范围内共享, 一方面不利于集团公司对下属企业的设备管理和维护指导,另一方面,许多电厂自 身并不具备机组故障诊断队伍,往往依靠千里之外的行业专家(电科院、中试所、 制造厂和院校等) ,而局域网客户端模式不利于诊断专家即时掌握机组运行信息并做 出分析和判断. 2.1.3 基于统一平台的分布式诊断中心 近年来状态监测技术得到了越来越多电厂的关注和认同,安装的状态监测系统 也越来越多,但这些监测系统间相对比较独立,安装台数较多的系统虽然也会提供 集成服务器,但监测内容一般为单个领域方向,如机组稳定性、发电机气隙等,不 能全面的对整个水电厂或流域水电站的机组状态进行综合评估. 基于统一平台的分布式诊断中心采用统一的通讯接口协议,将现地各类监测数 据进行转换与集成,并纳入开放的数据管理平台中,通过现地、厂级、中心三个层 级的分布式数据存储,充分利用各层级的特点和优势,实现了对集团公司对下属电 厂的统一管理和维护. 现地监测数据的采样率高,采用循环卷滚的方式,保存完整的波形数据,同时 将初步处理过的特征数据发送至厂级数据服务器,使得各厂均有相对完整的系统数 据,而诊断中心则主要存储多电厂、多机组、多系统的趋势数据,以便进行综合分 析.统一平台分析软件提供开放的数据存取和程序集成标准,使得各厂家和专业人 员都可以参与到功能软件的编写和集成中来,从而满足系统对底层子监测系统的扩 展开和放性要求. 由于基于统一平台的分布式诊断中心对电厂网络环境的要求,以及状态监测技 术的应用水平要求较高,目前主要在大型电厂或集团公司开展,但作为状态监测技 术发展的趋势,其多层分布式系统构架、开放的数据接口和软件平台,必然在推行 故障诊断和状态检修中得到更大的发展.