试析水电机组状态监测与故障诊断

试析水电机组状态监测与故障诊断

李玮

关键词：水电机组状态监测故障诊断效益

一、状态监测和故障诊断系统的目标

利用信息技术和状态监测技术，逐步实现中、小水电站从计划检修到状态检修，提高其经济效益和安全性。

二、系统必要性

近几年，随着大、中、小型水电厂的建设，水电系统的状态检修工作已越来越受到重视。原国家电力公司在1999年科技发展规划中，明确提到有关水轮机组的故障监测和状态检修技术的发展计划。1998年10月，在甘肃省刘家峡水电厂，由中国电力企业协会组织召开了"水电机组检修改革工作会议"，会议通过了我国应逐步废除计划检修，尽快实行状态检修的倡议，并提出应大力发展机组状态监测技术。其倡议有如下几方面的工程背景：

1.强烈的振动是水轮机组运行中一种常见的故障，其特征不易捕捉，难以铲除事故隐患，不仅影响水轮机组的正常运行，而且还会降低机组和零部件的使用寿命。

2.水轮机空蚀是水轮机损伤的主要原因，其损伤程度已成为确定是否进行大修的关键参数，因空蚀将直接降低水轮机机组经济效益和安全性。

3.随着水力发电机组在整个电网中的比重越来越大，年平均发电时间延长，检修时间缩短，一旦因事故停机，造成的经济损失极为严重。此外，电网调度中越来越强调水电机组的调峰作用，要求充分利用水电厂最大出力。

4.近年来高水头、高转速、高效率、大容量的水电机组的设计实践中趋向使用高强度的材料，构件更加灵活，刚度的减小和机组尺寸的增加，必然会带来更多的稳定性问题。

5.无人值班，少人值守，减人增效，降低维修成本，厂网分开等一系列符合市场经济规律的现代管理和维修模式的形成和建立，迫切需要强有力的技术支持手段。

水电厂机组运行设备综合监测、分析、诊断一直是水电厂期待解决的问题。计算机测控技术的发展，尤其是网络化远程通信技术(Internet/Intranet)的发展，为状态监测与诊断技术的实现提供了广阔的技术空间。通过在水电厂水轮发电机组上建立一套机组状态监测与跟踪分析系统，实现对主机(包括水轮机和发电机)的在线监测、分析与诊断功能，并将数据上网，使得在计算机网络可达到的范围内(包括厂内各主管技术部门、中试所等)，都可有效地对机组状态进行监测分析，读取相应的自动诊断状态报告，以尽早发现潜伏性故障，提出预警，避免发生严重事故，保证机组的安全、经济运行，提高经济效益和社会效益。同时促进实施水电厂“无人值班(少人值守)”的管理模式。

三、系统简介

“水电机组状态监测与故障诊断系统”利用在线监测数据和处理结果，综合MIS、SCADA、计算机监控系统等信息和专家知识，进行故障分析及诊断(包括数据共享和远方诊断)，实时掌握水轮发电机组健康状况，为状态检修提供辅助决策，并实现与其它系统的信息共享。可对水轮发电机组的振动摆度、压力脉动、能量与空化、机组轴承动负荷、发电机空气间隙、发电机磁场强度、发电机局部放电、变压器油色谱进行监测与分析，涵盖水轮机、发电机、变压器的状态监测与故障诊断。整个系统基于全开放分布式在线监测系统的网络结构，将对运行设备的监测、分析、诊断、维护和管理有机集成，实现远程诊断与维护管理。

四、经济效益及成功案例

1.通过状态监测实现事故预警：

实施状态监测及故障诊断系统，能及时发现水电机组运行的不良状况，进行事故预警。例如云南元江县中河底一级水电站，装机容量4×1000kW，由于过机含沙量过大，水轮机过流部件磨损十分严重，且发不到额定出力，大修周期不到一年。通过检修监测改造后的1号机，出力由原来不到1000kW增加到1150kW以上，大修周期延长到3年，经济效益十分显著。中国第一座水电站曾由于水源污染没有监测预警、发电设备受损被迫停产，在经过55天的停产检修后投入运行。期间不计设备受损及维修的损失，无法发电带来的损失就达40多万元。

2.逐步从计划检修向状态检修转换，实现经济效益最大化：

原国家电力公司在1999年科技发展规划中，明确提到有关水轮机组的故障监测和状态检修技术的发展计划。实行状态监测及检修实际上就是减少计划检修造成人为机组故障。如湖南某县水电站，因其单台1.5万kW水轮机空蚀严重，在没有任何预警信息的情况下，中止运行13天，造成直接经济损失117万，间接经济损失400余万，还造成了严重的社会影响。

3.产生了较大的社会经济效益：

状态监测及检修不仅使机组能安全稳发，产生直接的经济效益，而且由于增加了系统事故预警，它所产生的社会效益远远大于其直接经济效益。例如增加系统事故预警，防止了系统事故的扩大，避免了事故停机，对急需用电的各行各业用户而言，其所产生的社会效益是十分巨大的。

4.实施案例：

池潭电厂位于福建省泰宁县，装机总容量为10万kW，有机组两台，福建省电力试验研究院、池潭水电厂南泰公司和清华大学联合研究开发的我国首套水电机组状态监测分析诊断系统，于2002年5月通过了专家的技术鉴定。该项目实现对主机(包括水轮机和发电机)的在线监测、分析与诊断功能，并将数据上网，通过计算机网络可有效地对机组状态进行监测分析，读取相应的自动诊断状态报告，以尽早发现潜伏性故障，并提出预警，能避免发生事故，保证机组的安全运行，实现了水轮发电机组的全方位监测、分析与诊断。