淺析水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

王燕龍

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)，人們的日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)離不開電能，且整個(gè)社會(huì)的用電負(fù)荷在急劇增長(zhǎng)。水電廠的開發(fā)和建設(shè)，不僅有助于緩解電力企業(yè)的電能生產(chǎn)和供應(yīng)壓力，而且有助于減少電能生產(chǎn)過程中的煤炭和石油等一次不可再生資源的消耗，有助于經(jīng)濟(jì)應(yīng)對(duì)能源危機(jī)并保護(hù)環(huán)境。但是水電機(jī)組運(yùn)行中容易由于自身原因、人為原因以及外界因素等原因而出現(xiàn)各種類型的故障，影響其運(yùn)行效率和正常運(yùn)行。這就需要基于水電機(jī)組的故障特性和類型，科學(xué)選擇現(xiàn)代化的水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，快速和準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)、定位故障，并基于更為先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，判斷故障原因并制定高效的故障排除策略。

關(guān)鍵詞：水電機(jī)組;狀態(tài)監(jiān)測(cè);故障診斷技術(shù)

1引言

水電機(jī)組作為水電廠的核心設(shè)備，由于其自身結(jié)構(gòu)、原理以及運(yùn)行環(huán)境等因素，導(dǎo)致其故障概率高，表現(xiàn)出復(fù)雜性特點(diǎn)，影響機(jī)組的運(yùn)行效率和水電廠整體發(fā)電效率。為此需要科學(xué)應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)來科學(xué)管理水電機(jī)組運(yùn)行情況。

2水電機(jī)組的故障特性及故障類型

2.1水電機(jī)組故障特性

一是復(fù)雜性特點(diǎn)。水電機(jī)組運(yùn)行中，由于環(huán)境復(fù)雜，容易由于機(jī)械部件連接松動(dòng)或脫落、不同部件之間的摩擦、沒有精準(zhǔn)安裝部分部件等原因而引發(fā)故障。除了上述水電機(jī)組自身設(shè)備故障原因，還會(huì)在受到水力和電磁等外界因素的影響下而引發(fā)水電機(jī)組的高頻壓力脈動(dòng)問題，或者是轉(zhuǎn)子間隙改變、磁極線圈短路等原因引發(fā)的振動(dòng)故障等。在上述不同因素的綜合影響下更是會(huì)加劇振動(dòng)故障所造成的危害，而上述故障通常難以通過外觀檢查來定位故障位置和類型，對(duì)檢修技術(shù)精準(zhǔn)性提出更高要求。

二是漸變性特點(diǎn)。水電機(jī)組運(yùn)行中最為常見的故障就是振動(dòng)異常故障，此類故障在不同時(shí)間出現(xiàn)時(shí)的表現(xiàn)不同，也會(huì)隨著時(shí)間而動(dòng)態(tài)變化，因此具有較大的故障診斷和維修處理難度。在開展故障維修工作時(shí)需要對(duì)故障表現(xiàn)進(jìn)行綜合分許與判斷，針對(duì)性制定維修方案。此外，在水電機(jī)組中設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以及出現(xiàn)空化振動(dòng)或泥沙磨損等現(xiàn)象，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間積累才可能顯現(xiàn)出故障。針對(duì)此類漸變性特點(diǎn)，則需要應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的細(xì)微變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并發(fā)出預(yù)警，便于維修人員提前準(zhǔn)備。

三是不規(guī)則性特點(diǎn)。由于水電機(jī)組所在位置不同，地質(zhì)條件也存在較大差異，這也使得水電機(jī)組的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行效果存在較大不同。加以不同水電廠對(duì)機(jī)組檢修工作的重視程度和資金投入力度不同，所使用的機(jī)組設(shè)備在型號(hào)和性能上也存在較大差異，這就會(huì)使得機(jī)組實(shí)際運(yùn)行效果與預(yù)期效果之間存在不同。而機(jī)組安裝和運(yùn)行過程中的各種不確定性和不可預(yù)見的因素，也可能會(huì)引發(fā)不同類型的故障，這些故障通常沒有規(guī)律可以遵循，只能通過更為精準(zhǔn)的診斷技術(shù)對(duì)故障原因進(jìn)行準(zhǔn)確判別。

2.2水電機(jī)組故障類型

總結(jié)水電機(jī)組運(yùn)行中的常見故障類型，主要有振動(dòng)故障和軸承溫度異常故障兩大類。對(duì)于前者來說，主要分為水力振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)。對(duì)于后者來說，則主要由于潤(rùn)滑油系統(tǒng)異常、冷卻系統(tǒng)故障等輔助系統(tǒng)失效而引發(fā)的軸承瓦溫度異常升高現(xiàn)象，或者是由于軸承異常振動(dòng)以及其他原因所引發(fā)的軸瓦溫度異常故障。

3常見的水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

3.1機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)

此監(jiān)測(cè)技術(shù)主要利用具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析處理等功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行中的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和水壓脈動(dòng)等參數(shù)開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，重點(diǎn)收集被監(jiān)測(cè)設(shè)備的隔值、振動(dòng)波形和振動(dòng)頻率等實(shí)時(shí)信息，基于對(duì)參數(shù)變化情況的分析來判斷設(shè)備運(yùn)行狀況并分析異常振動(dòng)原因。其中最為關(guān)鍵的是振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，通過此傳感器可以收集水電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)變化情況，由技術(shù)人員結(jié)合非電量的特征參數(shù)開展參數(shù)變化的對(duì)比分析工作，進(jìn)而可以診斷故障隱患并判斷故障點(diǎn)，保證水電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2水輪機(jī)效率監(jiān)測(cè)技術(shù)

此監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，主要是對(duì)機(jī)組無功功率參數(shù)、有功功率參數(shù)、接力器行程參數(shù)、水輪機(jī)流量參數(shù)等進(jìn)行測(cè)量采集，所采用的在線監(jiān)測(cè)方法主要有具有操作簡(jiǎn)便和成本較低的蝸殼差壓法，或者是具有較高測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性的超聲波法，有助于提升機(jī)組的自動(dòng)化運(yùn)行水平，保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

3.3水輪發(fā)電機(jī)氣隙和磁場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)技術(shù)

此技術(shù)在應(yīng)用中主要用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)氣隙和磁場(chǎng)強(qiáng)度，所用儀器為配套前置器和平板電容式傳感器等，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用對(duì)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和儲(chǔ)存，然后傳輸給工作人員進(jìn)行分析，診斷其中存在問題的部位并采取相應(yīng)的措施加以處理。

3.4水輪機(jī)空化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在水輪機(jī)被破壞之后容易出現(xiàn)空化現(xiàn)象，這就會(huì)對(duì)水輪機(jī)原有的能量特性造成影響，表現(xiàn)出出力和運(yùn)行效率的降低，同時(shí)水輪機(jī)的水壓脈沖相應(yīng)增加，振動(dòng)加劇。如果出現(xiàn)泥沙磨損問題還會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的降低，因此需要投入更多資金開展設(shè)備維修工作。這就需要深入研究水輪空化現(xiàn)象的產(chǎn)生原理和條件，通過在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用加以預(yù)防和控制。

3.5絕緣局放監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電機(jī)組運(yùn)行中電氣方面的故障概率較高，尤其是局部放電故障為主，也就是在水輪機(jī)的定子繞組絕緣層位置發(fā)生了非貫穿性放電現(xiàn)象。通過現(xiàn)代化脈沖電流監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以在線監(jiān)測(cè)水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路擊穿等絕緣局放現(xiàn)象，防止出現(xiàn)更為嚴(yán)重的事故及后果，保護(hù)水電機(jī)組以及作業(yè)人員的安全。

3.6主變壓器油氣監(jiān)測(cè)技術(shù)

絕緣受潮、放電性故障和過熱性故障是主變壓器運(yùn)行中的常見故障類型，針對(duì)其中的變壓器油，可以采取色譜分析方法對(duì)其中的氣體開展色譜分析，有助于發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的潛在故障。通過此種監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要是監(jiān)測(cè)變壓器設(shè)備油中溶解的氣體含量和增長(zhǎng)率，然后基于故障診斷系統(tǒng)來預(yù)報(bào)故障隱患信息，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患信息，避免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的事故。

4常見的水電機(jī)組故障診斷技術(shù)及應(yīng)用

4.1新型信號(hào)分析技術(shù)

在對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于振動(dòng)信號(hào)隨著時(shí)間而動(dòng)態(tài)變化，如果不能有效分析和處理這些振動(dòng)信號(hào)則難以提取有價(jià)值的故障特征，無法準(zhǔn)確判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。這就可以通過小波分析技術(shù)的應(yīng)用來對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行處理，準(zhǔn)確獲得故障特征和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。

4.2全息譜分解技術(shù)

此技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)相位信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析，也就是對(duì)兩個(gè)相互垂直的信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)合頻譜分析結(jié)果對(duì)軸心軌跡進(jìn)行分解，提升故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.3多傳感器信息融合技術(shù)

應(yīng)用此技術(shù)時(shí)，主要是綜合利用專家經(jīng)驗(yàn)、關(guān)系信息、頻域數(shù)據(jù)、傳感器時(shí)域信息等進(jìn)行推理，結(jié)合模糊理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法的應(yīng)用，可以對(duì)其中無法確定的信息與知識(shí)進(jìn)行直觀的表達(dá)，綜合診斷故障表現(xiàn)和原因。

5結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的水電機(jī)組裝機(jī)容量在急劇快速增長(zhǎng)，同時(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用下也推動(dòng)水電機(jī)組整體向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。面對(duì)其中更為復(fù)雜、不規(guī)則和具有漸變性的各類故障，需要應(yīng)用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，提升水電機(jī)組的運(yùn)行可靠性。

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