水電機組狀態監測和故障診斷技術現狀

熊卉

摘 要：通過對水電機組的運作情況監測，發現一旦產生故障，應加大診斷維修力度，保證水電機組的使用年限，以防止水電廠造成嚴重的損失。伴隨科學技術的進步，水電機組狀態監測技術，朝著智能化和自動化的方向發展，使故障維修更高效。文章將分析水電機組狀態監測和故障診斷技術的現狀，希望能幫助故障檢修人員，推進水電廠更好更快的發展。

關鍵詞：水電機組；狀態監測；故障診斷技術

隨著我國水電廠逐步擴大建設的規模，促使水電機組在單機容量方面，呈現持續加大的趨勢，這樣必然給水電機組運作帶來更多的風險。要維護水電廠安全運行，一定要抓好水電機組故障診斷和維修工作，通過先進的技術監測出水電機組狀態。現階段的自動化故障監測技術，可以及時地發現水電機組發生的故障，并且自動地進行報警提示，提高了檢修技術人員的工作效率，這充分說明了水電機組狀態監測技術的應用前景良好。

1.水電機組狀態監測和故障診斷技術現狀

當前國內水電廠運作方式發生了重大的改變，從傳統故障檢修方式“計劃維修”發展到科學檢修方式“狀態檢修”。通過“狀態檢修”方式，獲得良好的檢修效果，這也是我國水電業發展的目標。盡管我國的水電機組在狀態監測技術和故障診斷技術方面起步慢，但是最近幾年來，針對先進的狀態監測技術和故障診斷技術，我國加強了學習、借鑒、吸取，由此獲得了迅速的發展，并取得較多的相關研究成果。從20世紀80年代開始，從一開始在大專院校進行學術討論交流，開展小規模實踐，逐漸地發展成大部分高校、加上大企業聯合，通過深入地研發，強化現場實踐，使水電機組在狀態監測技術和故障診斷技術方面獲得了飛快的進步。具體經歷了三個大階段：自20世紀70年代開始至80年代初期，側重于借鑒以及吸收國外一些先進的技術，并在此基礎上，分析設備故障的原理、監測的方法、診斷的技術、監測的儀器、診斷的儀器；自20世紀80年代開始至80年代后期，重點總結經驗，研究新診斷原理和方法，研發出屬于國內自身的狀態監測裝置和故障診斷裝置；自20世紀80后期開始至今，我國已經構成了智能化故障診斷理論。

現階段國內從事水電機組狀態監測技術和故障檢修技術研發的單位比較多，主要包含了華中科技大學、河海大學、西安理工大學、中國水利電力科學研究院、北京英華達公司等。具有代表性的科學研究成果主要有：華中科技大學研發的HSJ系統；由北京英華達企業研發的EN一8000系統；與中國水利電力科學研究院研發出HM9000水電機組在狀態監測方面的綜合分析系統等等。

2.水電機組狀態監測和故障診斷技術運用的現狀

2.1水電機組狀態監測技術的應用

2.1.1機組振動穩定性監測技術

水電機組振動穩定性監測技術，一般包含了機組結構振動、機組主軸擺度、機組水壓脈動等方面參數。現階段水電機組振動穩定性監測技術，應用的主要原理是機組振動監測，它的重要組成內容有兩項，一是振動傳感器，二是狀態監測分析系統。一般振動傳感器可以收集到不同的非電量特殊參數，以表征機組的振動狀態為主，這系列參數能夠轉變成供給機組監測系統需要的電量信號。狀態監測分析系統具有三個大功能，分別是數據采集功能、數據存儲功能和數據分析功能，通過這三大功能可以取得較為完整的振動的信息，包括幅值信息、相位信息、頻率信息、振動波形信息、軸心軌跡信息和振動趨勢信息等，這些信息對于發現水電機組振動的原因及分析水電機組存在的故障都十分重要。

2.1.2機組結構振動監測

一般選擇傳感器來進行振動監測；通常主軸擺度監測會選擇電渦流位移的傳感器，或者是電容式非接觸位移的傳感器；一般水壓脈動監測會選擇壓力傳感器，并且要求壓力傳感器具備較好的動態性。監測的測點要結合機組的型式以及容量，并根據現場實際狀況來采用。正常情況下，并非全部的水電機組都要求對諸多狀態開展在線監測，在水電機組安裝與運作過程中，通過之前的歷史記錄可以發現，大部分機組的故障發生率比較高。鑒于此，應當結合水電機組運行的具體狀況，選出一些重點的狀態開展監測與分析。除此之外，水電廠為了節省成本的投入，可以針對部分不頻繁發生故障的項目，選擇離線檢測方法。

2.2水電機組故障診斷技術的運用

水電機組作為水電廠的重要構成部分，在水電廠運行過程中起到了重大的作用，通過科學的監測系統，先進的故障診斷技術，能夠確保水電機組運作更具安全性及穩定性，幫助水電廠獲得更大化的經濟效益。在實際監測的時候，還要求針對水電機組運作的數據進行整理，在觀察曲線的變化后，能夠了解到水電機組的部件有沒有處在安全運行的情況。按照制造廠給出的性能參數信息，加上水電機組現場運作調試的工作經驗，創建了不同工作情況下的預警定值與樣本數據，針對水電機組的運行情況進行自動化、實時性的判斷。如果運行的狀態產生了變化時，會立即發出警報信號，以便于值班技術人員迅速的把握機組不正常運行信息，并采取相關有效的解決方案。通過自動生成水電機組，關于檢修前和檢修后的報告，并且針對這些數據進行比較和分析，最后對檢修的效果實施評估；通過研究瞬態過程生成的氣隙變化參數與熱穩定過程生成的氣隙變化參數，來指導水電機組的安裝，對水電機組加強優化設計，同時輔助分析出水電機組不正常振動以及擺度。機組運作狀態具有的在線監測系統，不僅能運用攜帶的不同診斷工具，針對水電機組不正常的信息實施深入地分析，還能夠輔助分析不正常運行的原因，從而指導水電機組進行檢修工作。根據狀態在線監測系統能夠科學的安排水電機組大、小修工作或者擴修工作。

3.水電機組檢修技術的發展

從20世紀90年代開始，水電機組振動以及分析監測系統在水電廠的運行中得到廣泛的運用，監測系統分為離線監測和在線監測，其在水電機組的運行穩定性、故障分析及監測中，均起到了重要的作用。特別是葛洲壩水電站、二灘水電站、三門峽水電站等工程，通過實施水電機組狀態監測技術，均獲得了一定的成果。

由于國內水電廠逐漸開展的狀態檢修工作，使計劃檢修模式慢慢發展成預測維修模式。通過多年的研究與實踐，水電廠逐漸實現了無人值班。在水電廠的設備運作和管理過程中，已經逐漸積累了大量的經驗，并且在運用計算機技術、運用監測診斷技術、研發狀態監測技術、故障診斷技術方面獲得了一定的成績，這些都為水電機組的狀態檢修工作打下了良好的基礎。但是值得注意的是，因為水電廠狀態檢測起步慢，要想徹底實施狀態檢修仍然具有一定的距離。

總結：

水電機組作為水電廠的主要組成部分，在水電廠的運行中起到了重要的作用。所以，作為設備檢修人員，要定期針對水電機組開展故障檢測工作，通過采取有效地解決方案，確保水電機組的運行更具安全性，為水電廠的發展爭取更多的效益。

參考文獻：

[1]孫偉，鄭宇.TN8000水電機組狀態監測分析故障診斷系統在大唐彭水電廠的應用[J].華中電力，2012，02：20-25.

[2]夏敏靜.TN8000水電機組狀態監測分析故障診斷系統[J].自動化與儀器儀表，2012，03：135+140.

[3]李輝，胡姚剛，李洋，楊東，梁媛媛，歐陽海黎，蘭涌森. 大功率并網風電機組狀態監測與故障診斷研究綜述[J]. 電力自動化設備，2016，01：6-16.

[4]華瑤，王晨琢. 水電機組智能檢測系統研究[J]. 吉林化工學院學報，2016，02：61-65.

[5]茹欣. 水電機組在線監測及故障診斷技術研究[J]. 農業與技術，2016，20：60.