水电机组状态监测与故障诊断研究

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　　摘要：随着我国电力企业改革的不断深入，降低设备维修成本和提升设备的稳定可靠性成为了提升发电企业经济效益的重要手段。过去，在国内采用的是计划检修制度来保障水电机组的安全运行，虽然这种定期维修制度取得一定的效果，但存在缺乏针对性、维修过于盲目、无法对设备故障提前防范等弊端。随着水电机组运行技术的不断发展，此维修制度已满足不了日益增长的维修需求。作为一种新的维修模式，状态维修具有较强的设备针对性，并能依靠强大的设备检测技术和设备诊断系统，对机组设备日常的运行状态进行监测分析，提前发现设备潜在的故障，使设备得到及时的维修。
　　关键词：水电机组;状态监测;故障诊断
　　1水电机组状态监测技术的分析
　　1.1机组振动稳定性监测技术
　　水电机组振动稳定性监测技术，一般包含了机组结构振动、机组主轴摆度、机组水压脉动等方面参数。目前，水电机组振动稳定性监测技术，应用的主要原理是机组振动监测，它的重要组成内容有两项，一是振动传感器，二是状态监测分析系统。一般振动传感器可以收集到不同的非电量特殊参数，以表征机组的振动状态为主，这系列参数能够转变成供给机组监测系统需要的电量信号。状态监测分析系统具有三个大功能，分别是数据采集功能、数据存储功能以及数据分析功能，通过这三大功能可以取得较为完整的振动的信息，包括幅值信息、相位信息、振动波形信息、频率信息、轴心轨迹信息和振动趋势信息等，这些信息对于发现水电机组振动的原因及分析水电机组存在的故障都十分重要。
　　1.2水轮机效率监测技术
　　通过监测水轮机的效率，对提升机组自动化水平及经济化运行都具有重要的作用。水轮机效率监测主要是采集测量无功功率、有功功率、接力器行程、工作水头、水轮机流量的参数。除了水轮机的流量，在一些大中型水电厂中已经能够对其他参数进行自动采集，而且数据的精确度较高。测量水轮机过机流量的方法有很多，但是，能够用来在线测量的方法主要有蜗壳差压法以及超声波法。前者由于操作简单、造价较低实用性比较高。后者受到水轮机特殊流道条件的影响，测量稳定性和准确性都需要得到提高。
　　1.3水轮机发电机气隙和磁场强度监测技术
　　经过长时间的改进和应用，气隙监测系统在国外很多国家的水电站都有进行安装。主要是通过配套前置器和平板电容式传感器来测量发电机气隙和磁场强度，然后利用计算机采集、存储和输出数据。在气隙中通常采用电容式位移传感器，主要是通过对被测表面和传感器平板之间等效电容的变化进行监测来得出两平面之间的距离。另外，由于传感器是平板形式所以可以在定转子之间进行安装。国内的水轮发电机气隙和磁场强度监测技术发展起步比较晚，随着在线监测系统的不断升级和应用，我国部分水电厂已经进行安装和应用VibioSystM公司的AGM系统。
　　1.4水轮机空化在线监测
　　空化作为水轮机破坏的主要形式之一，直接影响水轮机的能量特性，使其效率、出力下降;还可导致机组振动、水压脉动增加;尤其在泥沙磨损的联合作用下，其破坏更加强烈，严重威胁机组的稳定性，大大缩短水力机组的运行周期，增加检修工作量，带来昂贵的维修成本和巨额的发电损失。因此，研究水轮机空化监测方法，并研制相应的系统，具有极大的学术价值和经济效益。世界各国对空化产生的机理进行了广泛深入的研究，清楚地了解了空化发生的条件及产生的结果，但是，如何在工程实际中监测空化现象的发生及判断空蚀程度，至今仍在不断的探索中。
　　1.5绝缘局放监测技术
　　据不完全统计，水电机组有大约50%的故障来源于电气，其中40%的故障归咎于定子绕组绝缘的老化或退化。迄今为止，一致认为局放放电是电机常见事故之一。局部放电是指水轮发电机定子绕组绝缘层的内部或边缘发生的非贯穿性放电现象。尤其是高压绝缘系统中，在绝缘层的表面和内部小空隙中更有可能产生局部放电。绝缘局放监测的主流方法是脉冲电流法，利用绝缘局部放电监测技术对水轮机发电机定子绕组进行在线监测，能够对定子绕组的绝缘状态进行实时评估，能够及时的发现潜在故障征兆，从而避免产生恶性事故。
　　1.6主变压器油气监测技术
　　电力变压器的内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型，通过对变压器油中气体的色谱分析，是发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度早期诊断最有效的方法。主变色谱状态监测主要通过对变压器设备油中溶解的气体含量和增长率进行在线监测来发现故障，再利用故障诊断系统对设备故障隐患信息进行早期预报，防止设备事故的产生，能够有效提升设备运行的可靠性和稳定性，避免重大损失。
　　2水电机组故障诊断技术应用的分析
　　水电机组在水电厂运行中发挥着重要的作用，利用监测系统以及故障诊断技术，可以保证水电机组更加安全、稳定的运行，可以提高水电厂的经济效益。在监测的过程中，需要对水电机组运行的相关数据进行整理，通过观察曲线变化，可以了解机组部件是否处于正常运行状态。根据主机厂提供的性能参数值和现场运行调试经验，建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應措施。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。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，指导机组检修工作，根据状态在线监测系统可以合理安排机组小修、大修或者扩修。
　　3结语
　　总之，水电机组是水电厂的重要组成部分，因此，水电厂的技术人员需要定期对水电机组进行故障检查，这样可以保证系统运行的安全性，可以避免水电厂因为设备问题出现经济损失。在对水电机组进行故障检修时，也要注意积累经验，这样有助于提高检修的效率。水电厂的发展越来越快，水电机组设备故障诊断的技术水平也越来越高，这可以有效的保证水电机组故障检修的质量。
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　　作者介绍：
　　田源;男;汉族;四川省雅安市;硕士研究生;工程师;研究方向：继电保护及水电机组故障诊断;四川省紫坪铺开发有限责任公司。
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