水力發(fā)電機(jī)的檢修及維護(hù)的路徑分析

俸國健

摘 要：根據(jù)水力發(fā)電機(jī)的檢修維護(hù)現(xiàn)狀分析，其檢修維護(hù)模式存在嚴(yán)重弊端。因此，水力發(fā)電機(jī)由定期計劃性檢修走向狀態(tài)檢修勢在必行。本文在分析水力發(fā)電機(jī)檢修及維護(hù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的優(yōu)化路徑，并以智能在線監(jiān)測檢修系統(tǒng)為例，重點闡述了檢修維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電機(jī)；檢修；維護(hù)

中圖分類號：TM307 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水力發(fā)電是一種環(huán)境友好的發(fā)電方式，廣西境內(nèi)河流眾多、徑流密集，水力發(fā)電優(yōu)勢明顯。而作為水力發(fā)電的核心設(shè)備，水力發(fā)電機(jī)的檢修及維護(hù)工作影響發(fā)電質(zhì)量和效率，是水力發(fā)電工作者研究的重點內(nèi)容。

1 水力發(fā)電機(jī)檢修及維護(hù)的現(xiàn)狀

水力發(fā)電機(jī)是水力發(fā)電站的核心設(shè)備，借助水位落差原理，將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并最終轉(zhuǎn)化為電能并通過輸電線路完成電能輸送。水力發(fā)電機(jī)一旦出現(xiàn)故障或非正常運轉(zhuǎn)，將直接降低發(fā)電效率，造成設(shè)備損毀、安全事故等重大問題。隨著水力發(fā)電量的日益增加，水力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷顯著增強(qiáng)。定期檢修是按照既定的檢修計劃，固定周期對發(fā)電機(jī)的相關(guān)部件、運行狀況進(jìn)行檢修的方式。這種方式具有滯后性，許多隱患問題不能被及時發(fā)現(xiàn)，很可能由于故障問題不在檢修周內(nèi)而被忽略。采取臨時維護(hù)和事后修理的辦法也將進(jìn)一步增加設(shè)備故障帶來的影響。同時，定期檢修的計劃性要求其無論狀態(tài)是否存在問題，必須采取檢修維護(hù)措施，將會增加經(jīng)濟(jì)成本，并造成機(jī)器的額外損傷。

2 水力發(fā)電機(jī)檢修及維護(hù)的優(yōu)化路徑

2.1 以狀態(tài)檢修為主要手段，提升檢修效率

水力發(fā)電機(jī)的運行是一個持續(xù)的過程，任一部件的異常都會對設(shè)備整體造成直接影響。因此針對水力發(fā)電機(jī)的檢修工作應(yīng)保持連貫性，科學(xué)制定檢修策略。由計劃檢修走向狀態(tài)檢修并不是對計劃檢修的完全否定，而是指應(yīng)當(dāng)在狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)上，針對計劃檢修進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，減少非必要設(shè)備大修，達(dá)到檢修維護(hù)效率最大化，調(diào)節(jié)發(fā)電市場的供需關(guān)系。

2.2 優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)，建設(shè)檢修維護(hù)主力隊伍

檢修人員執(zhí)行檢修計劃并完成相應(yīng)作業(yè)，因此檢修隊伍的人員素質(zhì)及隊伍結(jié)構(gòu)十分重要。檢修人員針對事故發(fā)生后的問題進(jìn)行處理，解決問題具有針對性，與此同時造成人員機(jī)動性、靈活性不足的問題也比較明顯。那么在狀態(tài)檢修的前提下，要求檢修隊伍的結(jié)構(gòu)中具有計算機(jī)信息技術(shù)策應(yīng)人員、檢修主力隊員以及輔助隊員等，根據(jù)不同人員職責(zé)的客觀需要展開周期性培訓(xùn)和養(yǎng)成，并利用包括VR技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)代化信息技術(shù)進(jìn)行實操訓(xùn)練和提升，從而全面提升人員素質(zhì)。另外要求，水力發(fā)電站實行崗位問責(zé)制，落實監(jiān)管，促進(jìn)檢修、維護(hù)工作的開展。

2.3 發(fā)揮現(xiàn)代化智能系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)實時監(jiān)測

在科學(xué)規(guī)劃和人員素質(zhì)配備的基礎(chǔ)上，一套以現(xiàn)代化智能信息技術(shù)為核心的在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)十分關(guān)鍵，監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)良直接影響監(jiān)測效果。水力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作周期長，且隨著制造工藝、材料的逐步提升和變化，其工作狀態(tài)、特性具備差異，因此，在建設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)時，應(yīng)以注重收集水力發(fā)電機(jī)的出廠信息，歷史運行信息、故障排除方案等信息進(jìn)行收集，利用云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升智能監(jiān)測的全面性。同時，利用4G單兵技術(shù)，提升發(fā)電機(jī)現(xiàn)場檢修和指揮中心的交互能力。傳統(tǒng)情況下故障檢修及維護(hù)的指揮是基于固定的語音和視頻通信設(shè)備所進(jìn)行的。但受場地和情況限制，其與現(xiàn)場的聯(lián)通性比較差，且難以保障指揮同步，對異常狀態(tài)排除不利。而4G單兵技術(shù)則有效的利用了當(dāng)前的4G通信，將語音、視頻和現(xiàn)場的視訊有機(jī)的結(jié)合起來，通過智能手機(jī)登單機(jī)設(shè)備與扁平結(jié)構(gòu)的調(diào)度平臺融合到一起，實現(xiàn)現(xiàn)場的聲、像的實時共享，并能夠建立雙向的語音通信。從而達(dá)到領(lǐng)導(dǎo)小組第一時間了解現(xiàn)場情況，工作人員能夠明確接受指令，并實時監(jiān)測指令完成情況。

2.4 水力發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢修的實現(xiàn)方法

為了進(jìn)一步明晰水力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)檢修方法，本文以某水力發(fā)電站水輪發(fā)電機(jī)的智能監(jiān)測系統(tǒng)為例進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

（1）水力發(fā)電機(jī)智能在線監(jiān)測檢修系統(tǒng)的基本思路

水力發(fā)電機(jī)的在線監(jiān)測實際上是一個實時感應(yīng)、提前預(yù)警的過程，通過在水力發(fā)電機(jī)各部件設(shè)置的傳感器，通過無線傳輸通信技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成虛擬互聯(lián)，建立一個人機(jī)交互的智能在線監(jiān)測系統(tǒng)。因此，發(fā)電機(jī)狀態(tài)感知是重點建設(shè)內(nèi)容之一，要求系統(tǒng)能夠采集發(fā)電機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，并且能夠依據(jù)狀態(tài)參數(shù)感知結(jié)果進(jìn)行故障的分析和判斷，通過歷史信息對比，確定合理的檢修方案。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于異常狀態(tài)時，監(jiān)控主站應(yīng)能夠通過聲圖文等多種方式發(fā)出告警，從而判斷問題或故障發(fā)生的程度。極大的減少了人為巡檢的成本，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

（2）水力發(fā)電機(jī)智能在線監(jiān)測檢修系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

該系統(tǒng)的主要目的是為了實現(xiàn)感知和診斷。主要包括兩個方面：一是用于智能感知的技術(shù)—多傳感器融合。要求在發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵位置安裝智能傳感器，傳感器的數(shù)量及位置根據(jù)感知需求為主，并以不破壞發(fā)電機(jī)的正常運轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)。例如為了實現(xiàn)對水力發(fā)電機(jī)（裝機(jī)容量500MW）頂蓋振動狀態(tài)的感知，需要在發(fā)電機(jī)組的兩個頂蓋、蝸殼進(jìn)口、尾水錐管處布置壓力脈動傳感器。所感知信號經(jīng)由數(shù)據(jù)讀取器及通信模塊上傳至故障分析模塊；二是用于故障分析的診斷技術(shù)—全息譜分解技術(shù)。對水力發(fā)電機(jī)頂蓋振動情況通過傳感器進(jìn)行信號收集后，向上發(fā)出信號傳遞，并利用全息譜分解技術(shù)進(jìn)行故障特征提取，建立數(shù)據(jù)模型，監(jiān)控主站根據(jù)故障特征提取結(jié)果確定診斷結(jié)果，發(fā)出告警并提出解決方案。監(jiān)測主站設(shè)置數(shù)據(jù)庫，提供準(zhǔn)確判斷。監(jiān)測主站的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由歷史數(shù)據(jù)庫、專家數(shù)據(jù)庫、案例數(shù)據(jù)庫、基本信息數(shù)據(jù)庫以及實時狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫組成。當(dāng)發(fā)生振動異常時，告警信息的緊急程度以警示燈和信息提示框的方式進(jìn)行顯示。根據(jù)發(fā)電機(jī)的運行狀態(tài)可以分為正常狀態(tài)，指示燈為綠色常亮；可疑狀態(tài)，即存在發(fā)生異常的可能性，有待持續(xù)觀察，指示燈為黃色閃爍；不良狀態(tài)，即水力發(fā)電機(jī)已經(jīng)發(fā)生異?，F(xiàn)象，影響正常工作，指示燈為橙色閃爍；危機(jī)狀態(tài)，水力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)突發(fā)故障情況，瞬時發(fā)生，指示燈常紅，并發(fā)出聲音情報，要求檢修人員立刻到現(xiàn)場進(jìn)行排查處理。通過四級報警分別實現(xiàn)正常監(jiān)測、問題趨勢、異常警報、故障躍遷的監(jiān)測，根據(jù)系統(tǒng)中專家數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、案例數(shù)據(jù)庫綜合制定故障排除方案，從而更有效的實現(xiàn)控制和故障排除。

故障的具體判斷過程如下，針對水力發(fā)電機(jī)高負(fù)荷狀態(tài)下頂蓋振動情況進(jìn)行信號收集，分別收集四個信號監(jiān)測處的數(shù)據(jù)，并獲得壓力脈動波形。通過改變符合對四處信號進(jìn)行處理，觀察處理后的波形及方差變化規(guī)律，確定負(fù)荷峰值下時頻分布規(guī)律保持穩(wěn)定，此時利用運用加窗平均周期圖進(jìn)行頻譜分析后。確定頂蓋振動超標(biāo)非單一高頻信號引起異常。排除高頻信號原因后，觀察壓力脈動參數(shù)比值△H/H，發(fā)現(xiàn)其脈動值明顯超出設(shè)計的壓力脈動合同保證值要求，在500～600MW處突變。確定由于壓力脈動幅值過大而造成的水輪機(jī)頂蓋振動超標(biāo)。此時根據(jù)數(shù)據(jù)庫確定檢修方案，實施檢修維護(hù)工作。

結(jié)語

水力發(fā)電機(jī)的檢修和維護(hù)，影響水力發(fā)電的效率及效益。為了進(jìn)一步優(yōu)化水力發(fā)電機(jī)的檢修維護(hù)水平，應(yīng)積極促進(jìn)狀態(tài)檢修與計劃檢修相結(jié)合，避免大修造成機(jī)器磨損。培養(yǎng)一支綜合素質(zhì)高、設(shè)備配置精良的檢修隊伍，同時根據(jù)水電站的自身基礎(chǔ)和監(jiān)測需求，建立智能在線監(jiān)測系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫東嶺.淺析水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的檢修與維護(hù)[J].水能經(jīng)濟(jì)，2016（7）：40.endprint