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1、发电设备运行监测与诊断系统非笔试期末考核报告/论文（2015/2016学年第1学期）水力发电系统运行监测与诊断学院 自动化工程学院专业_测控技术与仪器（电站方向）_班级2012153学号20122600姓名徐建红,2015年10月23日水力发电系统运行监测与诊断【摘要】：本文全面的介绍了水力发电系统运行监测与诊断的基本技术原理诊断系统管理 体制的基本理论，同时对水电机组各系统的故障诊断技术现状、电厂状态检修策略的实施现 状进行了全面地总结和分析。现阶段，水电机组各系统的在线监测技术虽然在短期之内能够 基本满足电厂安全运行的监测需求，但是各系统监测信号、数据的精度和抗干扰水平还需进 一步提高和完
2、善，同时为实现机组运行的全面监测、机组故障诊断和电厂的状态检修进行进 一步研究。【关键词】：水电机组 状态监测 诊断系统状态检修 故障诊断一. 引言水电厂设备状态监测是诊断系统使计算机监测监控系统除了完成对被控对象的监控调节， 还可提供高级优化运行，设备故障提前预告及趋势分析，保护等功能，该系统以水轮发电机组 及其辅助设备及研究对象，监测和分析水轮发电机组及其辅助设备的各种性能参数，预测设备 可能发生的故障，减少了设备的突发性故障，具有显著的社会效益和经济效益。水电机组是水电厂的关键设备，运行状态的好坏直接影响水电厂的安全运行。同时， 随着水轮发电机组单机容量的不断增大，对机组的检修、维护、运
3、行、管理提出了更高的要 求，实施水轮发电机组运行状况的状态监测，对机组故障进行及时预测预报、分析原因，对 于大中型水轮发电机组的安全运行具有重要的意义。另一方面，随着现代监测技术和管理模 式的不断发展和完善，电厂的设备维修方式正在逐渐从过去的以时间为基础的定期“预防性 维修”向今天的以状态监测为基础的“预测性维修”方式过渡，正逐渐向着无人值班，少人 值守的管理模式发展。实施水电机组的状态监测和故障诊断，在此基础上对水电机组实施状 态检修”已成为水电机组运行保障技术发展的必然趋势。二. 国内水力发电系统运行监测技术现状与展望水电机组在线监测已经成为电力系统生产和科研部门研究的热点。利用计算机对水
4、电机组 的状态进行在线监测，能够实时了解机组的运行参数、当前工作状况，及时发现故障隐患，并 能够进行报警监测和事故追忆，更能高速瞬时保存大量异常信息，便于进行事故分析。水电机 组监测系统应该具备的基本功能包括如下内容：通过监测机组各部位的振动、摆度及抬机量和 压力脉动分析诊断机组运行稳定性；监测机组各部位温度、液位、流量等分析诊断机组部件过 热、介质泄漏等故障；监测机组有关电量、非电量分析诊断机组效率；监测机组有关电量、非 电量对开机、停机、系统振荡、事故等动态过程进行分析；监测定、转子气隙分析诊断机组轴 系、转子等运转性能；监测定子局放水平分析诊断定子绝缘状况；监测机组有关电量、非电量 分析
5、诊断转轮和导水机构气浊、磨蚀、裂纹；水流稳定性分析。当前国内水电厂相关领域主要 监测项目如下：(1) 电机组振动和摆度、瓦温监测。目前机组轴系的瓦温、振动和摆度的测量环节基本成熟， 相关性分析也积累了一定的运行经验，但引起瓦温、振动和摆度异常的原因分析需要不断积累 运行和故障分析的经验。(2) 水轮机转轮和叶片的空蚀、磨损以及有无裂纹监测。水轮发电机组的空蚀、磨损对叶片 和过流部件会造成严重损坏，机组发电效率将会降低。(3) 涡壳进口、尾水管等的压力脉动。主要通过监测机组运行过程中尾水压力及压力脉动的 大小，分析引起机组异常振动的水力因素。(4) 推力轴承磨损状态监测。机组推力轴承的磨损将直接
6、造成机组振动加剧、稳定性变差； 推力磨损的增加与老化与水轮机转轮空蚀磨损加剧也有一定的关系。(5) 机组气隙在线监测。气隙监测设备，主要用来分析定转子气隙的变化趋势，从而对电机 定转子性能作出相应判断。(6) 定子水冷机组状态监测。由于纯水系统的频繁故障、加上机组有时出现纯水泄漏现象， 未来机组冷却方式可能发生的变化，如何及时发现机组水冷系统存在的问题，可通过监测发电 机定子绕组热状态、发电机运行工况以及利用各参量的协同分析确定发电机的运行工况和发现 机组可能出现的故障。(7) CVT介损监测、泄漏电流监测。电容型设备的在线监测是我国开展较早的在线监测项目。 在线监测主要参数：介质损耗角正切t
7、gS、等值电容C和泄漏电流。还有主变压器和电抗器的 油质监测与分析、绝缘监视、GIS设备SF6气体泄漏检测、避雷器泄漏电流监测等。三. 国内水力发电系统故障诊断技术现状与展望中国的水能资源非常丰富，水能蕴藏量和可开发水能资源，都居世界首位。全国常规水电 已建成总规模为10826万kW，占全国电力总装机容量24.5%；水电年发电量3280亿kWh，占全 国年发电量的15%。但我国目前已建只占经济可开发装机容量的27%，远低于国际上发达国家平 均60%以上的开发程度。当前中国正处在经济高速增长的时期，国民经济的增长必然伴随着对能 源电力需求的增长，由于经济快速增长，出现了部分地区电力供应不足，拉闸
8、限电频繁。中国 能源紧缺和水能资源丰富但开发程度较低的国情，增加了水电开发的迫切。为适应电网规模的不断扩大，水电机组的单机容量不断增加，结构日趋复杂，自动化程度 不断提高，这就对机组可用率、机组运行效率、安全性、可靠性与经济性提出了更高的要求。 机组设备在运行中不断受到泥沙磨损、汽蚀破坏、机械磨损及其它机械或电气损伤，致使发电 设备效率降低，寿命缩短，若不及时诊断并适时进行检修，将有可能引发事故，造成巨大经济 损失。为了使参与水电厂电能生产的动力设备均具有很高的运行可靠性和处于良好的工作状态， 必须对机组设备进行检修。建国以来，我国水电机组检修模式主要采用的是“事后检修”或“计划检修”，这两种
9、检 修方式都存在着很大弊病。“事后检修”模式，是在机组发生故障后才进行检修，此时故障已 经发生，损失已经造成。“计划检修”是按规定的检修周期进行检修，显然，以统一规定的周 期去对各台状态不同的设备进行检修，必然出现“检修过剩”和“检修不足”的现象。所以计 划检修不能充分发挥设备的潜能，耗费了大量的财力和人力，不能及时发现故障，不仅带来经 济上的损失、人力的浪费，而且还有可能引发灾难性的事故。状态检修可以最好地体现水电设备维修的十三字方针“防患于未然、该修才修、修必修好”， 提高维修质量和设备的可靠性。但是到目前为止，国内并没有一个实现状态检修的实例。这是 因为从在线监测系统到作出检修决策之间，
10、还有许多科学与技术问题尚未彻底解决。状态检修 在短期内还不可能完全取代其它的检修方法。目前我国水电行业发展状态检修的指导方针应该 是：“减少计划检修，避免事后检修，发展状态检修，提倡最优检修”。状态检修既是一种技术手段，也是一种管理方法和管理思想。从技术的角度来看，实现比 较完整意义上的状态检修，有以下一些环节以及与其对应的技术和科学问题：(1) 功能完备的在线监测系统。作出检修决策的依据是机组的状态，反映机组状态的物理量需 要不断地测量并将其转化为数字信号，才能进行进一步的分析与利用。(2) 海量数据的传输与存储手段。在线监测系统采集的数据量非常大，而且需要实时地传输。 如果对一个电站的多台
11、机组进行长期连续检测，数据的存储空间和检索时间都会成为一个问题。 比较合理的办法是根据状态检修的实际需要，区分短期、中期和长期的不同要求，对数据进行 筛选，只保留有用的数据，删除不必要的数据。这样一来，筛选数据的原则和方法，以及筛选 以后的数据的组织、存储和检索，都是需要研究的问题。(3) 信号的提取和识别。监测系统所获得的信号实际上是所有的因素作用于机组所产生的结果 的综合表现。传统的提取信号的方法是傅里叶分析和小波分析等，但是对于不稳定信号、随机 信号和微弱的信号的提取与分析，已经发展了并且需要继续发展一些新的方法。(4) 数据的组织、管理与检索。决策过程需要利用的数据不仅仅是在线监测系统
12、所获得的机组 状态参数的记录，还包括历史档案，可借鉴的案例以及其它技术经济资料等等。这些性质不同 的资料只有纳入一个统一的管理系统才能被有效地利用。这就需要的这些数据设计合理的组织 方式，使得便于存储、管理和实现有效率的检索。(5) 故障与状态的诊断、判别与预测。依据各种数据对机组的故障作出诊断或对机组的状态状 态作出判断，并对机组未来的状态的变化作出预测，是作出检修决策的重要环节，也是最困难 的环节。实现这一点需要依靠不同学科和技术领域的研究成果的支持，可将这些学科或领域分 成两类，其一是人工智能领域的各种方法与技术，如专家系统、神经网络等等；其二是具体的 机组故障或状态涉及的学科领域，如由
13、水力因素引发的故障诊断需要流体力学的研究成果的支 持等等。(6) 最后，依据对机组状态的判断作出检修的决策，这不仅是一个技术问题，也是一个经济问 题；不仅仅需要考虑技术因素，还需要考虑经济因素、市场因素甚至还有政策因素。四. 总结研制水电机组监测、诊断与检修决策系统是当今水电运行保障技术发展的必然趋势。状态 监测与故障诊断有助于运行人员及早发现设备异常，减少设备维修费，延长设备使用寿命，保 障机组安全稳定运行。因此，研究水电机组监测、诊断与状态检修技术，建立远程水电机组状 态监测与故障诊断系统，在此基础上对机组实施“状态检修”具有十分重要的意义。希望本课 程的研究工作将为状态检修体制在我国逐步推广完善提供一定技术支撑，对指导电厂、电网的 安全经济运行有实在的帮助。
