水電站輔助設備數據挖掘與應用

◎羅德志

（作者單位：國家電投南昌生產運營中心）

通過挖掘和分析水電站設備運行數據趨勢，優化完善水電站故障預警和設備診斷功能，實現對數據的二次應用，提高運行人員監盤質量，為檢維人員進行故障設備檢修消缺提供重要依據，提升設備運行可靠性，保障水電站安全穩定運行。

國家電投南昌水電集控中心現接入水電站11座，水電站接入集控運行后，其運行方式由傳統的現地多人一站運行轉變為一人多站遠程監控運行，每名集控運行人員要肩負3-4個水電站遠程值班監盤與操作工作，其監盤質量直接關系到所監控場站發供電設備的可靠運行。通過對水電站數據的分析應用，建立起設備故障診斷模型，然后在計算機監控系統或其它輔助生產管理應用，可以更好的監視設備狀態，提升集控監盤質量。

一、水電站數據應用簡介

水電站設備參數主要有電量參數和非電量參數兩類。電量參數包括頻率、額定電流、額定電壓、有功功率、無功功率、有功電度量等；非電量參數包括油壓、油位、氣壓、水壓、水位及各部軸承溫度等。通過挖掘發電機組主輔設備數據特征，便于從多方面分析可能出現的故障和故障性質、嚴重程度及發展趨勢，為水輪機、發電機、調速器、變壓器、開關、水泵、油泵、軸流風機等設備的運行監視和檢修維護提供可靠、準確的數據支持，不斷提高設備狀態監測與故障診斷應用水平。

二、輔助設備數據分析與診斷建模舉例

（一）立式水電機組頂蓋排水系統趨勢分析模型

1.分析所需數據。頂蓋水泵啟泵時間，頂蓋水泵停泵時間。

2.分析內容：

（1）頂蓋水泵效率分析：在機組盤根漏水情況低于標準值的前提下，通過頂蓋水泵的單次運行時間長短來判定該頂蓋水泵的工作效率。

分析運算：在盤根正常狀態下的，頂蓋水泵啟動時間相對是固定的，如果水泵啟動時間過長，則可能是水泵效率低下、電機過載或控制回路故障等。根據頂蓋水泵單次抽水運行時間特性，人工分析測算出頂蓋水泵正常運行工效的上限值。（a）停泵時間- 啟 泵時間 ＜ 上限值，判定為正常狀態，不做告警提示。（b）停泵時間- 啟 泵時間 ≧ 上限值，判定為故障狀態，做告警提示。

（2）盤根漏水情況分析：在頂蓋排水泵效率正常的情況下，根據頂蓋排水泵啟動間隔，分析盤根漏水情況，分析運算設置標準值和上限值，標準值和上限值根據各機組實際運行特性確定。（a） 啟動間隔時間 ≧ 標準值，判定為正常狀態，不做告警提示。（b）啟動間隔時間＜標準值，判定為缺陷狀態，做故障類告警提示。（c）啟動間隔時間＜下限值，判定為故障狀態，做事故類告警提示。

（3）實例分析：江口#3、#4機組是同機型機組，用來對比分析。

（a）水泵效率分析：下表為近期江口#3、#4機組頂蓋排水泵啟動時間及啟動間隔時間。

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從上表可以看出水泵單次啟動時間均為2-3秒。#3、#4機組頂蓋排水泵效率合格。將數據作為今后判定依據，設定頂蓋排水泵啟動時間標準值為5s，單次啟動時間小于5S判定為正常狀態，水泵抽水正常。單次啟動時間大于5S，判定為缺陷狀態，做故障類告警提示。

（b）盤根漏水情況分析：

（#3、#4開機狀態下排水泵啟動間隔）

（#3、#4停機狀態下排水泵啟動間隔）

機情況下，機組在并網情況下盤根漏水較多，頂蓋排水泵啟動間隔在13min-17min。因此設定標準值為10min，運行機組頂蓋排水泵啟動間隔大于十分鐘判定為正常狀態；小于十分鐘，做故障類告警提示；設置5min為下限值，啟動間隔小于5分鐘，做事故類告警提示。

停機情況下，對比可以明顯看出在停機狀態下#3機組頂蓋排水泵啟動間隔比#4機組更短，判斷#3機組盤根漏水情況比#4機組嚴重，可作為機組消缺、檢修時的數據幫助，針對性的處理盤根漏水量更大的機組滲漏問題。

（二）立式水電機組頂蓋排水系統趨勢分析模型

同上述原理，將頂蓋排水系統變為調速器壓油系統，從壓油泵啟泵時間、起泵間隔分析調速器壓油泵運行效率、調速系統漏氣跑油狀況。

1.壓油泵效率分析：下表為近期江口#3、#4機組調速器壓油泵啟動時間及啟動間隔時間。

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上表可以看出#3機壓油泵單次壓油泵啟動時間穩定在11s左右，#4機泵單次壓油泵啟動時間在21s左右，將數據作為今后判定依據，設定#3機組壓油泵啟動時間標準值為20s，單次啟動時間小于20S判定為正常狀態，油泵打油正常；單次啟動時間大于20S，判定為缺陷狀態，做故障類告警提示。設定#4機組壓油泵啟動時間標準值為30s，單次啟動時間小于30S判定為正常狀態，水泵抽水正常；單次啟動時間大于30S，判定為缺陷狀態，做故障類告警提示。

2.調速器系統管路漏氣跑油情況分析：停機狀態下調速器壓油罐出口電磁閥處于關閉位置，壓油泵間隔時間可以體現壓油罐的密封性能；開機狀態下壓油罐出口電磁閥處于打開位置，壓油泵啟動間隔時間可以體現調速器、管路、閥門等密封性能。下圖分別為機組開停機狀態下壓油泵啟動間隔時間對比圖。

（開機狀態下壓油泵啟動間隔對比）

（停機狀態下壓油泵啟動間隔對比）

機情況下，兩臺機組壓油泵啟動間隔時間在120-180min之間，時間正常，兩臺機組壓油罐密封性能良好，將數據作為今后判定依據。在停機狀態下，設定啟動間隔標準值為60min，運行機組壓油泵啟動間隔大于十分鐘判定為正常狀態；小于60min，做故障類告警提示；設置30min為下限值，啟動間隔小于30min，做事故類告警提示。

開機狀態下通過對比明顯看出#3機組壓油泵啟動間隔時間遠遠小于#4機組，判斷#3機調速器、管路、閥門可能存在漏氣漏油現象。

三、結束語

水電站機組故障多為輔助設備故障，通過對輔助設備運行參數進行挖掘分析，建立故障預警模型并應用于計算機監控系統或輔助生產管理系統，對于提升運行人員監盤質量和水電站安全運行具有重要意義。