水輪機調速系統優化維護研究

張智

摘 要：在現代科技不斷發展的影響下，工程技術相關的設備和儀器也得到了相應的發展。為了確保設備的平穩運行，需要對系統提出更高的要求，尤其是水輪機的調速系統。闡述了水輪機調速系統優化和維護的基本原理，簡單介紹了水輪機調速系統優化和維護模塊的設計內容，并對系統中優化和維護的主要功能進行了全面的研究，以期為相關領域的發展提供理論基礎。

關鍵詞：水輪機；調速系統；優化維護模塊；故障診斷

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.098

設備的穩定運行是確保企業生產質量的重要前提，如果設備系統發生故障，不僅會使企業蒙受巨大的經濟損失，還會危害到相關人員的生命安全。為了有效控制設備發生故障的概率，提高設備運行的安全性和可靠性，就需要相關企業在系統的優化和維護方面投入更多的精力。在過去的二十年里，我國的系統設備故障診斷水平得到了顯著的提高，全新的優化和維護觀念在航天、發電、運輸等領域均發揮了重要的作用，極大地提高了經濟效益。水電站作為我國電力行業的主體，其發電的穩定性對電力供應而言具有十分重要的意義。隨著水電站的不斷發展，系統設備的維護和保養成為人們關注的焦點，因此，對水輪機調速系統進行必要的優化和維護是非常有必要的。

1 水輪機調速系統優化維護的原理

無論哪一種機械設備，在發生故障之前都會有一定的預兆和特征。這是由于設備從正常工作到非正常工作是一個具有一定特征的過程。此過程能用P-F曲線直觀地表現出來，相關的P-F曲線如圖1所示。以水輪機調速系統的間隙故障為研究對象，如果系統在正常條件下運行，水輪機的調速單元可根據相關的控制指令進行對應的調節操作。在調節運行時，頻率和開度會出現一定程度的波動，這就是造成系統設備故障的主要原因，可稱為故障萌發點。此時，系統設備處于故障的萌發期，還未表現出明顯的故障特征。但如果此時沒有對系統設備進行必要的檢查和處理，故障就會進一步加劇，此時，系統設備的頻率和開度的波動程度會迅速增大，此時系統設備處在潛在故障點區域，系統設備會表現出一定的故障特征，可運用對應的監測機對故障的變化趨勢進行監測和處理。如果系統設備的故障沒有得到有效的處理，就會使水輪機的調速系統逐漸喪失速度調節的能力，此時系統設備處于故障點。故障點表示系統設備已經出現了較為嚴重的損壞。通常情況下，系統設備從故障萌發點到故障點需要一定的時間，通過查看系統設備頻率和開度的變化趨勢，就可對系統設備中發生故障的位置和特性進行綜合診斷。

2 水輪機調速系統優化維護模塊的設計

如今，我國水電站的控制系統正趨于完善，同時還具有健全的管理功能，但在實際運行的過程中，控制系統和管理功能并沒有實現有效的融合和聯系，而且水輪機調速系統的維護功能并不能滿足實際的需求，甚至還沒能從維修體系中完全脫離出來。因此，對于水輪機的調速系統而言，提出完善、科學的優化和維護模塊的設計手段具有非常重要的意義。

2.1 基本結構

對于正處在運行中的水電站而言，要對其進行優化和維護模塊的設計，首先必須要掌握水電站的實際情況，并不能一味地舍棄現有的系統，而運用全新的CMM系統。設計必須在充分利用水電站現有資源的基礎上進行，盡量維持系統的原樣，結合實際所需添加適量的傳感裝置和執行裝置，并充分利用計算機網絡技術，從而達到整合系統的目的。水輪機調速系統中優化維護模塊的基本結構如圖2所示。在該系統中，通過通信技術可實現維護信息的資源共享，有效減少了系統中不必要的浪費，從而提升系統的穩定性和安全性。

2.2 硬件組成

在優化維護模塊中，通常需要具備系統狀態監測單元和故障診斷單元，這兩部分在系統中負責數據處理、故障診斷等方面的內容，并以PC104控制總線為核心，運用先進的通信方式準確獲取關于診斷和處理的信息。對于那些沒有采集處理的信息，會在傳感器中進行針對性的測量，同時將處理完后的信息和指標傳輸到水電站的控制中心，從而為日后的診斷工作提供依據。

在優化和維護模塊的執行中心當中，需要運用到性能強勁的PC機，并安裝配套的軟件，從而為故障診斷、數據知識儲備等功能提供實現的平臺。不僅如此，該系統還會使用以太網（Ethernet）對各個子系統進行連接，使系統資源共享成為可能。

2.3 軟件支持

在優化維護模塊中，不僅需要高性能的硬件支撐，還需要對應的軟件加以輔佐。通常情況下，對于狀態監測單元和故障診斷單元而言，會運用到RTlinux操作平臺，并使用C語言的相關內容對其進行開發和拓展。RTlinux操作平臺具有顯著的多線程特點，在對系統設備進行狀態信息采集和故障處理時具有十分顯著的效果。另外，此平臺還會在一定程度上支持以太網的連接。

優化和維護模塊執行中心PC機的主要操作系統為Windows 2000 Server，為滿足對應軟件開放的要求，需采用Visual C++ 6.0作為主要的開發工具。軟件開發時，盡量拓寬軟件的實際功能，從而提高優化和維護模塊的性能。

3 調速系統優化維護模塊的基本功能

3.1 分析與測試

水輪機調速系統的優化維護模塊可以為用戶提供準確的系統數據，包括轉速、水壓等方面的實際參數。該模塊的每個通道都可以根據實際要求在線調節和設置預警限度。同時，該模塊還可以對水輪機調速系統的個性參數實施在線測量。這是傳統檢修系統無法做到的，通過對個性參數的測量和分析，可實現系統設備故障位置的準確定位。

3.2 故障的診斷

系統設備故障的診斷是優化維護模塊的根本任務，該模塊實際上就是一種以診斷知識為基礎的智能系統，因此，診斷知識庫在該智能系統中起到了至關重要的作用。另外，由于該模塊在診斷時，通常需要建立故障模型，因此，建模技術也是十分關鍵的。

為了加快優化維護模塊的完善進度，該模塊還為會商環節提供了專門的子系統，系統設備故障診斷的專家可結合實際情況，對診斷知識庫進行對應的擴充或整改，并對仿真模型進行準確的調整，從而提高系統設備故障診斷的準確性。

3.3 知識的管理

為確保系統設備故障診斷結果的真實性，必須要具備豐富的診斷知識。優化維護模塊不僅可以對診斷知識進行有效的管理和儲備，還可對系統設備的個性參數、故障實情進行全面的整合與處理，從而提高優化維護模塊故障診斷的可靠性。

4 結束語

為了找到水輪機調速系統優化和維護的全新方法，還需要在利用有限資源的基礎上，將先進的計算機網絡技術和診斷知識數據庫等技術充分融入到優化和維護模塊的建設中去，完成傳統維修手段無法完成的任務。相信通過不斷的努力，水輪機調速系統的優化和維護水平會上升到一個新的高度。

參考文獻

[1]張潤時.現代水電站綜合自動化方案[J].電力系統自動化，2012（22）：50-53.

[2]甘茂治.維修性設計與驗證[M].北京：國防工業出版社，2011.

[3]黃中華.水輪發電機組檢修的必然趨勢-狀態檢修[J].西北電力技術，2012（02）：30-33.

[4]肖志懷.水利樞紐閘門維護自動化-故障診斷技術研究[D].武漢：華中科技大學，2012.

〔編輯：王霞〕