摘要：随着科技的发展，水轮发电机组的单机容量也在逐渐的变大，因此其直接影响是对机组的维护、检修、运行、管理等要求更高，为保障水轮发电机组的正常运行，必须对水电机组的运行状态、机组故障预测判断等进行实时监测把控。水电厂的设备维修模式随着科技发展而不断更新完善，由以往定期预防检修，转变成预测性检修，现地值班人员也缩减很多，因此，水电机组的故障诊断和运行状态监测分析技术是水电机组安全运行的重要保障之一。本文以福建水口发电集团水东电站为例进行机组的故障诊断和运行状态监测分析。
关键词：水电机组；状态监测；故障诊断技术
一、水电机组状态监测与故障诊断系统概况
水电机组状态监测与故障诊断系统通过采集、分析、处理及存储水电机组的各类信号，数据采集器能够提取机组运行状态的特征参数，对机组故障进行预警和报警，并通过网络将所得到机组状态数据传输给状态数据服务器及镜像数据服务器，以便进一步对机组的运行状态进行诊断。除了与GPS和监控系统进行通信外，状态数据服务器还负责管理和存储从各数据采集箱传输而来的水电机组历史状态数据、实时状态数据和特征数据。除了与MIS系统进行通信，镜像数据服务器也负责管理和存储从各数据采集箱传输而来的水电机组历史状态数据、实时状态数据和特征数据，存储的数据可以和状态数据服务器互相备份。
整个系统的状态监测内网由各数据采集站和状态数据服务器构成，而状态监测内网与镜像数据服务器间设有单向网络隔离装置，以此确保数据的单向传输，即智能由状态监测内网流向镜像数据服务器。在MIS网和镜像数据服务器件设有硬件防火墙，在保证网络透明性的同时，实现了对非法信息的隔离。工程师工作站供现场工程师对机组数据进行监测和分析。WEB服务器用于进行状态监测相关网页发布。MIS网用户可以通过IE浏览器登录WEB服务器浏览相关网页，实现对机组状态的监测和分析。同时，WEB服务器还可以将数据通过Internet传送到远程诊断中心，从而实现远程分析和诊断。
二、监测水电机组工作状态方案分析
（一）分析监测水轮机流量的具体方法
监测水轮机组流量过程中，可用两种方法进行检测，其一是监测过机流量，其二是监测辅机系统管路中的介质流量，第一种通过监测可以对机组的运行效率进行计算，第二种通过监测可以有效掌握供水系统的运行情况，还能了解其他辅助系统的工作状态，进行流量监测时常用蜗壳差压法、超声波法，目前水东电站使用蜗壳差压法，具体应用过程中，通过二次仪表、压差变送器等进行监测。结合水轮机流量与蜗壳差压之间的均方根关系，就可以对流量的具体数值进行测试，该监测方法操作成本低，而且作用效果好，因此得到了广泛的应用。除此之外，对于超声波监测法而言，主要应用了超声波在水中的传输原理，有效对流量进行测量，这一监测方法比较成熟，但是操作成本很高，因此在市场中没有被广泛应用。监测方法对监测结果有一定的影响，但是因监测人员的技术水平影响更大，因此在日常工作中，有必要对操作人员进行培训，提高其技术水平，避免出现较大的监测误差。
（二）水电机组的振动诊断
水电机组运行工况一般可以通过其固定部分（承重机架、各部分的轴承、水轮机顶盖及发电机定子等）及转动部分的振动参数体现出来。故障的部件在水电机组上会引起径向振动，通常都是在水轮机组轴连接法兰的柱面上检测，而一般会在承重机架的轴向方面上进行监测轴向振动；如果测出的振动幅值超过容许值，说明不正常，应该进行检查。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为水电机组上一般都有烈度比较大的瞬间振动发生，所以在监测时并不是测到的值立马就发出报警信息，而是会做一个6到12s的延迟，这是相对于一个消除假报警的自动装置，若报警信息超过延时时间判定为真。激振力是水电机组振动的重要特点之一，随着机组运行工况的不同，各种激振力也存在差异，所以水电机组在不同状态下运行，可以通过测定振动值的变化来判定其振动的原因。水电机组的振动一般是有谐波合成，因此判断激振源可根据记录其振动的信号做出时域——频域的变化来频谱分析。
（三）分析监测水轮发电机气隙的具体方法
若机组在安装、运行时受到其他因素的干扰，水轮发电机气隙也会发生变化，主要会受到制造和安装以及定、转子机构部件等受到多种磁力的作用从而影响，导致气隙失去了均匀性和稳定性，同时还影响了水电机组电气的特点和机械性能的稳定性。针对该情况，技术人员进行气隙测量时选用了电容器进行测量，这一技术有效融合了软件控制和计算机技术，可以对转子变型、滑移、定转子静态气隙变化等情况进行测量。
（四）水电机组定子绕组绝缘状况的在线监测
环氧粉云母绝缘是当前高压电机中应用广泛的绝缘材料。水东电站发电机组的定子绕组采用环氧粉云母B级绝缘，由于绝缘材料的缺点，线棒容易松动，在定子线槽和线棒之间的间隙会因为高压电场作用释放臭氧，但是臭氧会腐蚀绝缘部分，这有可能导致绕阻铜线或者绝缘被击穿，造成严重的安全事故，而这种缺陷对于大型的水电机组来说需要半年左右的修复时间。为了防止运行发电机定子线圈绝缘损坏，在运行中应注意防止超温、超速、非同期并列、定子出口短路或直接带升压变高压侧短路以及防止防止电腐蚀。
三、未来发展
（1）计算机技术的不断发展的同时也使得水电机组监测技术逐步完善。当前水电监测系统技术成熟，安装监测设备使得水电机组的状态检测都有了数据技术支持。（2）不断出现新的故障诊断方法。时间序列分析、灰色理论分析、故障诊断专家系统、贝叶斯网络、人工神经网络系统等技术都是现在已经得到初步运用并且广泛开发的故障诊断方法，这些技术的应用提高了水电机组的故障诊断水平。（3）检测技术及传感器技术的升级更新。如被广泛运用到水电机组的诊断方面的声发射技术、热成像诊断技术、油样分析技术及超声波技术等。（4）国内外专业机构不断增加，从事故障诊断的专业人员不断增多，间接推动了水电机组故障诊断技术的升级和发展。
四、结论
通过对水电机组运行设备的检测诊断分析及对水东电站状态监测技术的应用分析得出，水电机组的故障诊断和运行状态监测分析技术对水电机组管理十分重要，对于发电运行人员，尤其要重视并学会分析日常的故障检测和技术诊断，将故障消灭在萌芽中，避免造成更大的事故。发电运行人员可以监视机组的振动检测、流量监测、气隙监测，通过使用技术分析诊断水电机组运行状态，发现问题后及时通知检修人员，检修人员到场后根据现场情况进行维修，或者更换部件，从而提高故障处理的时效性，保证机组良好的运行状态。
参考文献
[1]艾远高.基于虚拟现实的水电机组状态监测分析方法研究[D].华中科技大学，2012.
[2]杨虹，刘刚，刘旸，等.水电机组状态监测现状及发展趋势分析[J].中国水利水电科学研究院学报，2014，25（03）：300-305.
[3]代红，王成江.水电机组在线状态监测与故障诊断的现状与发展趋势[J].中国电力教育，2011，36（30）：141-142.
[4]刘娟，潘罗平，桂中华，等.国内水电机组状态监测和故障诊断技术现状[J].大电机技术，2015，22（02）：45-49.
论文作者:杜培
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：机组论文; 水电论文; 状态论文; 数据论文; 故障诊断论文; 技术论文; 定子论文; 《电力设备》2018年第2期论文;