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摘要：利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)水電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是提高水電廠經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行的重要技術(shù)保證。本文重點(diǎn)介紹了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)及其經(jīng)濟(jì)效益和成功案例。

關(guān)鍵詞：水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷效益

1狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的目標(biāo)

利用信息技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)中、小水電站從計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修，提高其經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

2系統(tǒng)必要性

近幾年，隨著大、中、小型水電廠的建設(shè)，水電系統(tǒng)的狀態(tài)檢修工作已越來(lái)越受到重視。原國(guó)家電力公司在1999年科技發(fā)展規(guī)劃中，明確提到有關(guān)水輪機(jī)組的故障監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃。1998年10月，在甘肅省劉家峽水電廠，由中國(guó)電力企業(yè)協(xié)會(huì)組織召開了"水電機(jī)組檢修改革工作會(huì)議"，會(huì)議通過了我國(guó)應(yīng)逐步廢除計(jì)劃?rùn)z修，盡快實(shí)行狀態(tài)檢修的倡議，并提出應(yīng)大力發(fā)展機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。其倡議有如下幾方面的工程背景：

(1)強(qiáng)烈的振動(dòng)是水輪機(jī)組運(yùn)行中一種常見的故障，其特征不易捕捉，難以鏟除事故隱患，不僅影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行，而且還會(huì)降低機(jī)組和零部件的使用壽命。

(2)水輪機(jī)空蝕是水輪機(jī)損傷的主要原因，其損傷程度已成為確定是否進(jìn)行大修的關(guān)鍵參數(shù)，因空蝕將直接降低水輪機(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

(3)隨著水力發(fā)電機(jī)組在整個(gè)電網(wǎng)中的比重越來(lái)越大，年平均發(fā)電時(shí)間延長(zhǎng)，檢修時(shí)間縮短，一旦因事故停機(jī)，造成的經(jīng)濟(jì)損失極為嚴(yán)重。此外，電網(wǎng)調(diào)度中越來(lái)越強(qiáng)調(diào)水電機(jī)組的調(diào)峰作用，要求充分利用水電廠最大出力。

(4)近年來(lái)高水頭、高轉(zhuǎn)速、高效率、大容量的水電機(jī)組的設(shè)計(jì)實(shí)踐中趨向使用高強(qiáng)度的材料，構(gòu)件更加靈活，剛度的減小和機(jī)組尺寸的增加，必然會(huì)帶來(lái)更多的穩(wěn)定性問題。

(5)無(wú)人值班，少人值守，減人增效，降低維修成本，廠網(wǎng)分開等一系列符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的現(xiàn)代管理和維修模式的形成和建立，迫切需要強(qiáng)有力的技術(shù)支持手段。

水電廠機(jī)組運(yùn)行設(shè)備綜合監(jiān)測(cè)、分析、診斷一直是水電廠期待解決的問題。計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程通信技術(shù)(internet/intranet)的發(fā)展，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了廣闊的技術(shù)空間。通過在水電廠水輪發(fā)電機(jī)組上建立一套機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與跟蹤分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)(包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī))的在線監(jiān)測(cè)、分析與診斷功能，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，使得在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到的范圍內(nèi)(包括廠內(nèi)各主管技術(shù)部門、中試所等)，都可有效地對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，讀取相應(yīng)的自動(dòng)診斷狀態(tài)報(bào)告，以盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)警，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)促進(jìn)實(shí)施水電廠"無(wú)人值班(少人值守)"的管理模式。

3系統(tǒng)簡(jiǎn)介

"水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)"利用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，綜合mis、scada、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等信息和專家知識(shí)，進(jìn)行故障分析及診斷(包括數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)方診斷)，實(shí)時(shí)掌握水輪發(fā)電機(jī)組健康狀況，為狀態(tài)檢修提供輔助決策，并實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息共享。可對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)擺度、壓力脈動(dòng)、能量與空化、機(jī)組軸承動(dòng)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)空氣間隙、發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)局部放電、變壓器油色譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，涵蓋水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。整個(gè)系統(tǒng)基于全開放分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將對(duì)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)測(cè)、分析、診斷、維護(hù)和管理有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)管理。

4經(jīng)濟(jì)效益及成功案例

(1)通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警：

實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水電機(jī)組運(yùn)行的不良狀況，進(jìn)行事故預(yù)警。例如云南元江縣中河底一級(jí)水電站，裝機(jī)容量4×1000kw，由于過機(jī)含沙量過大，水輪機(jī)過流部件磨損十分嚴(yán)重，且發(fā)不到額定出力，大修周期不到一年。通過檢修監(jiān)測(cè)改造后的1號(hào)機(jī)，出力由原來(lái)不到1000kw增加到1150kw以上，大修周期延長(zhǎng)到3年，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。中國(guó)第一座水電站曾由于水源污染沒有監(jiān)測(cè)預(yù)警、發(fā)電設(shè)備受損被迫停產(chǎn)，在經(jīng)過55天的停產(chǎn)檢修后投入運(yùn)行。期間不計(jì)設(shè)備受損及維修的損失，無(wú)法發(fā)電帶來(lái)的損失就達(dá)40多萬(wàn)元。

(2)逐步從計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化：

原國(guó)家電力公司在1999年科技發(fā)展規(guī)劃中，明確提到有關(guān)水輪機(jī)組的故障監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃。實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及檢修實(shí)際上就是減少計(jì)劃?rùn)z修造成人為機(jī)組故障。如湖南某縣水電站，因其單臺(tái)1.5萬(wàn)kw水輪機(jī)空蝕嚴(yán)重，在沒有任何預(yù)警信息的情況下，中止運(yùn)行13天，造成直接經(jīng)濟(jì)損失117萬(wàn)，間接經(jīng)濟(jì)損失400余萬(wàn)，還造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響。

(3)產(chǎn)生了較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：

狀態(tài)監(jiān)測(cè)及檢修不僅使機(jī)組能安全穩(wěn)發(fā)，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，而且由于增加了系統(tǒng)事故預(yù)警，它所產(chǎn)生的社會(huì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其直接經(jīng)濟(jì)效益。例如增加系統(tǒng)事故預(yù)警，防止了系統(tǒng)事故的擴(kuò)大，避免了事故停機(jī)，對(duì)急需用電的各行各業(yè)用戶而言，其所產(chǎn)生的社會(huì)效益是十分巨大的。

(4)實(shí)施案例：

池潭電廠位于福建省泰寧縣，裝機(jī)總?cè)萘繛?0萬(wàn)kw，有機(jī)組兩臺(tái)，福建省電力試驗(yàn)研究院、池潭水電廠南泰公司和清華大學(xué)聯(lián)合研究開發(fā)的我國(guó)首套水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)，于2002年5月通過了專家的技術(shù)鑒定。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)(包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī))的在線監(jiān)測(cè)、分析與診斷功能，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可有效地對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，讀取相應(yīng)的自動(dòng)診斷狀態(tài)報(bào)告，以盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，并提出預(yù)警，能避免發(fā)生事故，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)組的全方位監(jiān)測(cè)、分析與診斷。