TN8000狀態監測系統在潘口水電站的應用

【摘要】潘口水電站單機容量達250MW，要適應電站水頭變化幅度大、運行條件復雜的特點，其穩定性問題受到各方面的廣泛關注，因而決定對機組運行狀態實施在線監測分析，以便實時掌握機組的運行特性，確保機組安全穩定運行。本文詳細介紹了潘口水電站TN8000機組狀態監測系統的構成、特點、功能，以及自投運以來，在機組運行試驗數據分析、掌握機組運行特性、捕捉和分析事故等方面發揮的重要作用。

【關鍵詞】水電站；水輪發電機組；狀態監測；振動

1.潘口水電站機組狀態監測系統概述

潘口水電站地處堵河干流上游河段，壩址位于湖北省十堰市竹山縣境內，下距竹山縣城13km（公路里程）。大壩正常蓄水位355.0m，死水位330.0m，總庫容23.53億m3，調節庫容11.20億m3，具有完全年調節能力。電站以發電為主，兼有防洪、航運等綜合利用效益。電站總裝機容量500MW，年利用小時數2157 h，保證出力86.7MW，多年平均發電量10.8億kW·h。

目前，潘口水電站兩臺機組全部安裝了北京華科同安公司開發生產的TN8000機組狀態監測分析故障診斷系統。該系統針對潘口水電站機組的結構特點及運行特點，在測點布置、數據儲存、信號分析及狀態分析診斷等方面作了針對性的開發，并在機組安裝階段進行了安裝，目前該系統自2012年5月先后在潘#1機組、潘#2機組上投運以來，對掌握機組的不穩定工況區、機組變負荷特性、變水頭特性，進行機組性能試驗，及時發現事故和分析事故原因，起到了重要的作用。

２.系統總體結構

數據采集站由一個標準機柜和機柜內相關設備組成，放置在每臺機組的機旁盤，主要負責各種信號的采集、存儲和數據處理。數據采集站內安裝有TN8001穩定性數據采集箱、液晶顯示器及相關網絡設備，可實現數據的實時顯示、分析和報警，并可實現機組的各種常見試驗功能。

狀態數據服務器用于存儲和管理從各數據采集站傳送過來的各種數據，可同時管理多臺機組的數據。所有數據由實時數據庫進行管理，可實現大容量數據的實時存儲和讀取。狀態數據服務器安裝在主控室內，由于與就地數據采集站之間距離較遠，因此采用光纜通訊。

WEB服務器安裝在電廠在線監測網絡與電廠MIS網之間，負責發布狀態數據服務器中的各種數據及分析診斷結果。

3.監測內容

4.系統主要功能

潘口水電站TN8000機組狀態監測系統可提供以下主要功能：

4.1穩定性參數監測分析

本系統可實時采集機組振動、擺度、壓力脈動等穩定性參數，并在相關終端上以結構示意圖、棒圖、數據表格、曲線等形式實時動態顯示所監測的數據和狀態。TN8000系統還提供時域波形分析、頻域分析、軸心軌跡圖、空間軸線圖、瀑布圖、相關趨勢分析等多種專業分析工具，分析機組的穩態數據，以評價機組在穩態運行時的狀態：

4.2過渡過程參數分析

TN8000系統提供了連續波形、波特圖、級聯圖、多軸心軌跡圖、相關趨勢圖等多種的分析工具，為分析和評價機組在啟停機、甩負荷、變勵磁、變負荷等過渡過程中的狀態提供有效分析手段。

4.3報警預警功能

針對潘口電站機組運行水頭變幅較大、運行工況復雜的特點，TN8000系統設計開發了基于工況的報警預警技術，根據水頭、負荷、導葉開度等工況將機組運行狀態分成不同工況，在各工況下自動建立標準樣本數據和各工況報警值，提供限值報警、趨勢報警和樣本靶圖報警，可以有效實現機組異常現象的早期預警提示和故障報警。

4.4事故追憶

TN8000系統提供強大和完備的數據庫管理功能，可記錄機組出現異常信息前后的完整數據，確保機組發生事故時能提供完整、詳盡的數據供分析診斷。系統提供各種專業工具實現對事故數據的回放和分析。

4.5故障診斷

TN8000系統提供了一套針對潘口電站機組的故障診斷專家分析系統，可對水輪機、發電機等設備的常見故障進行診斷。

4.6性能試驗

利用TN8000系統，可以方便地輔助現場進行各種試驗，并生成機組動、穩態性能的試驗報告。

4.7優化運行

系統通過一定時間的數據積累，自動統計各個工況下的穩定性參數，逐步得到機組運行的良好工況區域，明確危險或不良工況區，從而指導機組盡可能避開危險工況區運行。

4.8狀態報告

TN8000系統全面支持狀態報告的制作，全面提供反映機組動穩態特性和機組各部件運行狀態變化的運行報告，所有報告采用與Excel、Word等標準處理程序兼容的文件格式存儲。

4.9遠程分析診斷

TN8000系統可方便地利用電廠局域網構建廠級機組狀態監測網。設備管理工程師在網絡可及的范圍內，即可方便地實現機組的在線監測分析和診斷，隨時掌握機組的狀態，使其狀態監測工作更加有效。用戶可以通過WEB瀏覽方式對機組狀態進行監測和分析。

5.數據存儲策略

對狀態監測系統而言，數據存儲和管理策略是需解決的核心技術。傳統的監測系統數據管理基本采用具有強大的檢索功能的關系型數據庫如Oracle、SQL Server來進行管理，但由于這些關系型數據庫設計重點在于解決并發查詢性能上，且數據不經任何壓縮手段，因此用于存儲狀態監測系統的大容量數據將會導致數據庫可靠性降低、數據讀取和存儲速度較慢。實時數據庫適合于大容量數據存儲和實時性要求較高場合，因而適用于狀態監測數據的存儲管理。本系統針對邏輯數據庫和實時數據庫的優點，采用了具有高效壓縮比的實時數據庫，可有效管理潘口電站機組狀態監測的大容量數據的存儲和讀取。

TN8000系統可根據機組運行狀態的變化形成不同的數據庫：實時數據庫、歷史數據庫、黑匣子數據庫、過渡過程數據庫和樣本數據庫。數據庫采用了高效的數據壓縮技術，可以長期存儲機組穩態、過渡過程數據及高密度錄波數據。提供黑匣子記錄功能，可記錄機組出現異常信息前后的完整數據，確保機組發生事故時能提供完整、詳盡的數據供分析診斷。系統可自動建立各種工況下的樣本數據，并提供基于樣本的各種專業分析和診斷工具。

6.應用情況

TN8000系統自2012年5月在潘口電站投運以來，積累了大量歷史數據，對掌握機組不穩定工況區、機組變負荷特性、變水頭特性，進行機組性能試驗，及時發現事故和分析事故原因，起到了重要的作用。

7.結束語

7.1潘口水電站機組運行工況復雜，水頭變幅較大，在線狀態監測系統只有做針對性的開發和設計，才能滿足電廠的實際需要。

7.2現場應用表明，TN8000機組狀態監測系統在掌握機組運行特性、捕捉和分析事故等方面可提供重要指導作用。 [科]

【參考文獻】

［１］劉曉亭.大型水輪發電機組運行設備診斷與維護高效管理模式實驗研究.水力發電，1997.4.

［２］鄭松遠.水電廠實施狀態監測的關鍵技術.全國大中型水電廠技術協作網，2005.11.