水電機組監測

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摘要：利用信息技術實現水電機組的狀態監測和故障診斷是提高水電廠經濟效益和安全運行的重要技術保證。本文重點介紹了水電機組狀態監測和故障診斷系統及其經濟效益和成功案例。

關鍵詞：水電機組狀態監測故障診斷效益

1狀態監測和故障診斷系統的目標

利用信息技術和狀態監測技術，逐步實現中、小水電站從計劃檢修到狀態檢修，提高其經濟效益和安全性。

2系統必要性

近幾年，隨著大、中、小型水電廠的建設，水電系統的狀態檢修工作已越來越受到重視。原國家電力公司在1999年科技發展規劃中，明確提到有關水輪機組的故障監測和狀態檢修技術的發展計劃。1998年10月，在甘肅省劉家峽水電廠，由中國電力企業協會組織召開了"水電機組檢修改革工作會議"，會議通過了我國應逐步廢除計劃檢修，盡快實行狀態檢修的倡議，并提出應大力發展機組狀態監測技術。其倡議有如下幾方面的工程背景：

(1)強烈的振動是水輪機組運行中一種常見的故障，其特征不易捕捉，難以鏟除事故隱患，不僅影響水輪機組的正常運行，而且還會降低機組和零部件的使用壽命。

(2)水輪機空蝕是水輪機損傷的主要原因，其損傷程度已成為確定是否進行大修的關鍵參數，因空蝕將直接降低水輪機機組經濟效益和安全性。

(3)隨著水力發電機組在整個電網中的比重越來越大，年平均發電時間延長，檢修時間縮短，一旦因事故停機，造成的經濟損失極為嚴重。此外，電網調度中越來越強調水電機組的調峰作用，要求充分利用水電廠最大出力。

(4)近年來高水頭、高轉速、高效率、大容量的水電機組的設計實踐中趨向使用高強度的材料，構件更加靈活，剛度的減小和機組尺寸的增加，必然會帶來更多的穩定性問題。

(5)無人值班，少人值守，減人增效，降低維修成本，廠網分開等一系列符合市場經濟規律的現代管理和維修模式的形成和建立，迫切需要強有力的技術支持手段。

水電廠機組運行設備綜合監測、分析、診斷一直是水電廠期待解決的問題。計算機測控技術的發展，尤其是網絡化遠程通信技術(internet/intranet)的發展，為狀態監測與診斷技術的實現提供了廣闊的技術空間。通過在水電廠水輪發電機組上建立一套機組狀態監測與跟蹤分析系統，實現對主機(包括水輪機和發電機)的在線監測、分析與診斷功能，并將數據上網，使得在計算機網絡可達到的范圍內(包括廠內各主管技術部門、中試所等)，都可有效地對機組狀態進行監測分析，讀取相應的自動診斷狀態報告，以盡早發現潛伏性故障，提出預警，避免發生嚴重事故，保證機組的安全、經濟運行，提高經濟效益和社會效益。同時促進實施水電廠"無人值班(少人值守)"的管理模式。

3系統簡介

"水電機組狀態監測與故障診斷系統"利用在線監測數據和處理結果，綜合mis、scada、計算機監控系統等信息和專家知識，進行故障分析及診斷(包括數據共享和遠方診斷)，實時掌握水輪發電機組健康狀況，為狀態檢修提供輔助決策，并實現與其它系統的信息共享。可對水輪發電機組的振動擺度、壓力脈動、能量與空化、機組軸承動負荷、發電機空氣間隙、發電機磁場強度、發電機局部放電、變壓器油色譜進行監測與分析，涵蓋水輪機、發電機、變壓器的狀態監測與故障診斷。整個系統基于全開放分布式在線監測系統的網絡結構，將對運行設備的監測、分析、診斷、維護和管理有機集成，實現遠程診斷與維護管理。

4經濟效益及成功案例

(1)通過狀態監測實現事故預警：

實施狀態監測及故障診斷系統，能及時發現水電機組運行的不良狀況，進行事故預警。例如云南元江縣中河底一級水電站，裝機容量4×1000kw，由于過機含沙量過大，水輪機過流部件磨損十分嚴重，且發不到額定出力，大修周期不到一年。通過檢修監測改造后的1號機，出力由原來不到1000kw增加到1150kw以上，大修周期延長到3年，經濟效益十分顯著。中國第一座水電站曾由于水源污染沒有監測預警、發電設備受損被迫停產，在經過55天的停產檢修后投入運行。期間不計設備受損及維修的損失，無法發電帶來的損失就達40多萬元。

(2)逐步從計劃檢修向狀態檢修轉換，實現經濟效益最大化：

原國家電力公司在1999年科技發展規劃中，明確提到有關水輪機組的故障監測和狀態檢修技術的發展計劃。實行狀態監測及檢修實際上就是減少計劃檢修造成人為機組故障。如湖南某縣水電站，因其單臺1.5萬kw水輪機空蝕嚴重，在沒有任何預警信息的情況下，中止運行13天，造成直接經濟損失117萬，間接經濟損失400余萬，還造成了嚴重的社會影響。

(3)產生了較大的社會經濟效益：

狀態監測及檢修不僅使機組能安全穩發，產生直接的經濟效益，而且由于增加了系統事故預警，它所產生的社會效益遠遠大于其直接經濟效益。例如增加系統事故預警，防止了系統事故的擴大，避免了事故停機，對急需用電的各行各業用戶而言，其所產生的社會效益是十分巨大的。

(4)實施案例：

池潭電廠位于福建省泰寧縣，裝機總容量為10萬kw，有機組兩臺，福建省電力試驗研究院、池潭水電廠南泰公司和清華大學聯合研究開發的我國首套水電機組狀態監測分析診斷系統，于2002年5月通過了專家的技術鑒定。該項目實現對主機(包括水輪機和發電機)的在線監測、分析與診斷功能，并將數據上網，通過計算機網絡可有效地對機組狀態進行監測分析，讀取相應的自動診斷狀態報告，以盡早發現潛伏性故障，并提出預警，能避免發生事故，保證機組的安全運行，實現了水輪發電機組的全方位監測、分析與診斷。