水輪發(fā)電機(jī)在線故障處理系統(tǒng)應(yīng)用研究

李明　李勇

摘要：在線故障處理系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)為設(shè)備建立在線故障處理平臺，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備故障狀態(tài)下的運(yùn)行模式。近年來，水電站設(shè)置在線故障處理系統(tǒng)作為調(diào)控模塊，滿足了水輪機(jī)組安全控制運(yùn)行要求。文章分析了水輪發(fā)電機(jī)原理及在線故障處理系統(tǒng)特點(diǎn)，為水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)智能性的故障感應(yīng)系統(tǒng)，對常見故障提出在線處理方法。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；在線故障處理系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；設(shè)備故障；水電站 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM312 文章編號：1009-2374（2015）18-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.073

在線故障處理技術(shù)應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)是技術(shù)革新的產(chǎn)物，也是帶動電力產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。我國發(fā)電行業(yè)市場逐漸走向開放性，這為企業(yè)參與科技化改造創(chuàng)造了有利條件，嚴(yán)格控制水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率是重點(diǎn)。因而，全面推廣在線故障處理技術(shù)用于電力行業(yè)，有助于緩解企業(yè)生產(chǎn)壓力，借助高端科技實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。

1 水輪發(fā)電機(jī)的原理

發(fā)電機(jī)采用立軸半傘式水輪發(fā)電機(jī)，推力軸承位于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子下部的下機(jī)架上。軸系由上端軸、轉(zhuǎn)子支架中心體、發(fā)電機(jī)主軸和水輪機(jī)主軸組成，并由發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承支撐。發(fā)電機(jī)采用密閉雙路無風(fēng)扇自循環(huán)端部回風(fēng)空氣冷卻系統(tǒng)，熱風(fēng)由12個(gè)固定在定子機(jī)座周圍的針式高效冷卻器冷卻。

2 在線故障處理系統(tǒng)的特點(diǎn)

從宏觀角度來說，在線故障系統(tǒng)也是以網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化建設(shè)為中心的保障性活動，所有項(xiàng)目內(nèi)容與水輪發(fā)電機(jī)在線故障處理是相互配套的，本質(zhì)上是為了更好地服務(wù)于水力發(fā)電行業(yè)改革經(jīng)營?，F(xiàn)階段，水輪發(fā)電機(jī)組在線故障處理具有操控便捷、功能多樣等特點(diǎn)，滿足了水電站設(shè)備故障監(jiān)測與處理要求。

2.1 操控便捷

在線故障系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)用具有易操控特點(diǎn)，這種特點(diǎn)對未來水輪發(fā)電機(jī)控制方案具有多方面指導(dǎo)作用。例如，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建云計(jì)算中心指揮，根據(jù)地區(qū)與地區(qū)之間供電傳輸要求，即時(shí)啟動云網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)功能，實(shí)時(shí)掌握水電站機(jī)組運(yùn)行動態(tài)。此外，測量技術(shù)、檢測技術(shù)、加工技術(shù)、材料合成技術(shù)等均是水輪機(jī)工作中不可缺少的技術(shù)方式，根據(jù)發(fā)電生產(chǎn)需要實(shí)施自主搭配，體現(xiàn)了在故障處理系統(tǒng)的可操控性能。

2.2 功能多樣

水輪發(fā)電機(jī)在線故障處理系統(tǒng)之所以特殊，關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多功能特點(diǎn)?；谟?jì)算機(jī)平臺完成故障信號傳輸是“多樣式服務(wù)”，水輪發(fā)電機(jī)在線故障處理系統(tǒng)具有可持續(xù)性，而且有特定的經(jīng)營周期、維護(hù)周期、調(diào)試周期等，其在線故障處理系統(tǒng)也要隨之跟蹤調(diào)整，為水力發(fā)電創(chuàng)造更加優(yōu)越的環(huán)境。因而，除了針對機(jī)組故障實(shí)施處理外，在線系統(tǒng)也配備了多種故障監(jiān)測服務(wù)，大大減小了值班人員調(diào)控機(jī)組的難度。

3 在線故障感應(yīng)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

新時(shí)期我國電力行業(yè)步入新的發(fā)展階段，水輪發(fā)電機(jī)是水力發(fā)電生產(chǎn)的基本保障，利用機(jī)組調(diào)控發(fā)電作業(yè)狀態(tài)，滿足了廣大用戶實(shí)際用電需求。在線故障處理系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)監(jiān)控的主要功能模塊，其故障感應(yīng)系統(tǒng)是尤為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，整體規(guī)模圍繞著故障感應(yīng)信號傳輸進(jìn)行設(shè)置，主要包括：

3.1 感應(yīng)模塊

設(shè)置電子感應(yīng)器作為主控元件，24h對探測信號進(jìn)行感應(yīng)與收錄，掌握最準(zhǔn)確的故障感應(yīng)信息。水輪發(fā)電機(jī)是基于人工智能平臺的新裝置，其感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)符合新電子技術(shù)的應(yīng)用要求，自帶了智能掃描與識別技術(shù)。例如，遠(yuǎn)程傳輸中為了增加信號強(qiáng)度，利用超遠(yuǎn)程感應(yīng)儀器作為中轉(zhuǎn)中心，延續(xù)了不同信號的傳輸強(qiáng)度。

3.2 處理模塊

原始故障信號并非完全有用，此時(shí)要經(jīng)過機(jī)器人故障感應(yīng)處理模塊詳細(xì)篩分，從信號類別、路徑、強(qiáng)度等綜合篩查，選擇與機(jī)組故障有關(guān)的信息。由于工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)日趨成熟，在線故障處理配備了強(qiáng)大的服務(wù)器，可同時(shí)完成多類信號處理任務(wù)。因此，遠(yuǎn)程信號傳輸也經(jīng)過多層次處理，使調(diào)度中心所得數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

3.3 傳輸模塊

信號傳輸是故障系統(tǒng)感應(yīng)人工指令的介質(zhì)，應(yīng)時(shí)刻掌握信號輸出與傳輸?shù)木唧w動態(tài)，提出切實(shí)可行的設(shè)備控制方案。遠(yuǎn)程控制是信號傳遞模式的發(fā)展趨勢，利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號一體化調(diào)度，加快了探測數(shù)據(jù)傳輸與執(zhí)行的工作效率。當(dāng)前，在線故障系統(tǒng)主要借助無線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信號遠(yuǎn)程傳遞或設(shè)定中轉(zhuǎn)站延長信號傳輸路徑。

4 水輪發(fā)電機(jī)常見故障的處理方式

一般來說，水輪發(fā)電機(jī)主要故障包括電機(jī)過負(fù)荷、定子溫度過高、機(jī)組功能失效等，這些故障不僅中斷了水力發(fā)電運(yùn)行模式，也容易造成機(jī)組設(shè)備受損。基于上述在線故障處理系統(tǒng)平臺，值班人員要懂得如何解決機(jī)組運(yùn)行故障，通過在線觀察與分析提出科學(xué)的處理方式。具體如下：

4.1 電機(jī)過負(fù)荷

4.1.1 故障現(xiàn)象。隨著社會用電需求量增長，水電站機(jī)組發(fā)電指標(biāo)大幅度增加，滿載運(yùn)行是水輪發(fā)電機(jī)普遍存在的問題，這必然導(dǎo)致機(jī)組因荷載超標(biāo)而發(fā)生過負(fù)荷故障問題。點(diǎn)擊過負(fù)荷故障表現(xiàn)形式多樣，主要包括：控室上位機(jī)發(fā)“定子過負(fù)荷”信號，相應(yīng)語音提示報(bào)警；發(fā)電機(jī)定子電流超過額定值；發(fā)電機(jī)有、無功負(fù)荷及轉(zhuǎn)子電流之一或全部超過額定值。

4.1.2 故障處理。降低電機(jī)運(yùn)行荷載是故障處理的關(guān)鍵，檢修人員要盡可能減小機(jī)組運(yùn)行荷載，這對緩解故障問題是十分有效的。例如，查發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和電壓，電流的變化情況；如電壓或頻率升高，應(yīng)立即降低無功或有功負(fù)荷，使定子電流降至額定值，如調(diào)整無效，應(yīng)迅速查明原因，采取有效措施，消除過負(fù)荷。

4.2 定子溫度過高

4.2.1 故障現(xiàn)象。定子長期滿荷載運(yùn)行會發(fā)生溫度過高問題，這也是水輪發(fā)電機(jī)主要故障之一。通過在線故障感應(yīng)系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)定子在用電高峰期易受到溫度影響，破壞了定子結(jié)構(gòu)工作的協(xié)調(diào)性，常常發(fā)出錯誤的狀態(tài)信號。例如，中控室上位機(jī)發(fā)“定子溫度升高”信號，相應(yīng)語音提示報(bào)警；發(fā)電機(jī)定子線圈或冷、熱風(fēng)溫度指示超過正常值。

4.2.2 故障處理。值班員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)溫度過高時(shí)，應(yīng)立即報(bào)告值長；值班人員應(yīng)立即檢查風(fēng)洞內(nèi)是否有絕緣焦嗅味及其他異?，F(xiàn)象；檢查定子三相電流是否平衡，如有明顯不平衡現(xiàn)象，應(yīng)立即設(shè)法消除或降低定子電流。必要時(shí)可實(shí)時(shí)添加溫度調(diào)控系統(tǒng)，利用人工通風(fēng)、電機(jī)通風(fēng)等方式，及時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)房內(nèi)的工作溫度，以免定子出現(xiàn)溫度故障。

4.3 發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)顯示失常

4.3.1 故障現(xiàn)象。設(shè)備故障對機(jī)組工作性能造成不利影響，強(qiáng)化水輪發(fā)電機(jī)組故障監(jiān)測可降低故障造成的護(hù)理影響。發(fā)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子電氣參數(shù)個(gè)別或幾個(gè)指示突然失常，發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常。

4.3.2 故障處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)指示突然失常時(shí)，值班人員應(yīng)根據(jù)具體情況及其有關(guān)參數(shù)指示情況進(jìn)行分析，判斷是否該表計(jì)本身或二次回路故障；如定子電壓指示為零，同時(shí)有功、無功指示失常，而定子、轉(zhuǎn)子電流指示正常時(shí)，應(yīng)檢查電壓互感器及其一、二次回路是否正常。

4.4 機(jī)組功能失效

4.4.1 故障現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行中突然變成調(diào)相機(jī)，發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷顯示為零，無功顯示升高，定子電流顯示稍降低；定子電壓顯示正常，轉(zhuǎn)子電流稍有降低；導(dǎo)葉開度至空載開度以下。

4.4.2 故障處理。當(dāng)發(fā)電機(jī)變?yōu)檎{(diào)相機(jī)，如無“水輪機(jī)事故”信號出現(xiàn)，也未接到現(xiàn)地值班人員關(guān)于“緊急停機(jī)”的報(bào)告時(shí)，值守人員應(yīng)立即加上有功負(fù)荷，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電的運(yùn)行工況；如在遠(yuǎn)方操作加不上有功負(fù)荷，應(yīng)立即通知值班人員到現(xiàn)地操作，使機(jī)組帶上有功負(fù)荷。

5 結(jié)語

在線故障處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，水電站要根據(jù)發(fā)電作業(yè)實(shí)況擬定操控模式，充分發(fā)揮在線故障處理系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，為水電站自動化建設(shè)提供技術(shù)性支撐。除了考慮故障感應(yīng)信號傳輸外，設(shè)定存儲區(qū)也是很關(guān)鍵的，可以及時(shí)捕捉與水輪發(fā)電機(jī)作業(yè)相關(guān)的信號，為值班人員采取故障處理措施提供指導(dǎo)性意見。

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作者簡介：李明（1987-），男（土家族），鳳灘水力發(fā)電廠助理工程師，高級工，研究方向：水力發(fā)電運(yùn)行；李勇（1980-），男（苗族），鳳灘水力發(fā)電廠助理工程師，高級工，研究方向：水力發(fā)電運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：陳 倩）