摘要：近年来，水轮发电机组受到众多因素的影响，其经常会出现众多的振动故障，对于机组的正常运行来说无疑受到了严重的影响，甚至会影响到我国的荆棘谷发展。所以要水轮发电机组不断加强研究，通过良好的在线监测和故障诊断技术来提升其工作效率和工作质量。本文首先阐述了振动监测系统的任务、作用和基本功能，然后针对水轮发电机振动故障的特点进行了详细的论述，最后水轮发电机组在线监测与故障诊断需求进行了深入的探讨，望对业界人士提供良好的参考依据。
关键词：水轮发电机组振动；在线监测；故障诊断；
前言：水轮发电机组振动检测与故障诊断具有一定的复杂性与多样性，为确保水轮发电机组正常的运行，就必须对其进行全面、深入的研究与分析。本文提出了一种神级网络与专家系统混合的智能监测与诊断系统，实现了数据采集和信号分析功能，能对机组振动等故障进行实时监测与诊断，能将机组受到的破坏降到最低。
1振动监测系统的任务、作用和基本功能
1.1任务
振动现象是水轮发电机组运行时所不可避免的，但只有超过一定限度的振动才能对机组的安全运行带来危害。监测系统的直接任务就是：
（1）监测机组现在的振动水平，并根据预定的标准判断它是否在允许范围内；
（2）监测机组振动水平未来发展的趋势，预测机组是否或何时可能超过预定标准；
（3）记录偶然出现的事故过程，为分析事故原因提供依据。
1.2作用和意义
（1）实现机组振动的自动保护，这是电站实现“无人值班或少人值守”所不可缺少的条件。今后，它应成为大中型、甚至所有电站必备的设备；
（2）为实现机组的“状态检修”创造条件；
（3）提高运行、管理的现代化水平，为实现运行、管理、故障诊断等的专业化、自动化、网络化奠定基础。
1.3完整的振动监测系统功能
完整的振动监测系统应包括下面3部分功能：
（1）振动的在线监测和振动保护功能
它是在线监测系统最基本的功能，用于振动量和脉动量的测量和显示、超限报警或停机、振动变化的趋势分析、故障记录（录波)和事故追忆等。
（2）数据分析功能
数据分析的基本功能是对振动测量结果（记录或数据)进行幅值分析、频率分析、相位分析以及分析结果的显示和存储；数据分析进一步的功能则是对测量记录或基本分析数据继续多角度的相关分析及其显示和存储，以便得到有关振动的更多角度、更详细的信息，为振动状态分析、振动变化趋势分析或振动故障诊断提供更加充分的依据。
（3）故障诊断或辅助诊断功能
当振动故障出现时，确定或协助确定故障的原因和机理，然后提出处理措施方面的建议。这就是故障诊断的功能。从技术上说，故障诊断是振动监测系统功能的最高阶段和最高目标。
2水轮发电机振动故障的特点
2.1水轮发电机组结构特殊
水轮发电机组有立式和卧式两种，小型发电机组通常采用卧式，大中型机组一般采用立式，立式机组本身的结构比较特殊，导致振动故障的特征也较为复杂，从结构上看，立式机组内的轴与轴承的位置并不是相对固定的，两者之间存在一定的间隙，这就使得机组轴在导轴承间隙内发生相对运动。径向振动是由于转动部分存在一定的不平衡力。
2.2振动故障的渐变性
与其它旋转机械的转速相比，水轮发电机组的转速不是太高，水轮发电机组振动故障的发展一般为渐变性和损耗性，存在较少的突发性恶性事故，故障的发展往往有一个从量变到质变的渐进过程。
2.3振动故障的多样性
水力振动、机械振动、电磁振动等都可能导致水轮发电机组振动，因此在分析水轮发电机组振动原因的时候，必须结合实际充分考虑多方面的因素，发电机组的振动可能由水力、机械、电磁中的某一方面导致，也可能是三者的相互作用导致的，水轮发电机组的结构尺寸庞大，许多影响因素都存在多样性。
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2.4振动故障的不规则
形水电厂的地理位置、气候条件都不同，水轮发电机组的运行状态与电网环境、水文条件、安装等因素有关，因此在实际的分析在中，同一水电厂不同机组的运行状况都有较大的差异，机组之间的可比性较差。
3水轮发电机组在线监测与故障诊断探讨
3.1水轮发电机组在线监测的特点
水轮发电机组状态监测与诊断往往会涉及到机组运行状态信息数据的测量、采集、记录、处理、传递以及存储等。随着计算机技术的进步，为实现水轮发电机组状态在线监测与故障诊断创造了良好的条件。水轮发电机组在线监测与故障诊断系统往往需要满足以下特点：
（1）响应速度快
水轮发电机组状态监测系统具有实时性和高速性。操作人员利用计算机相关技术，采用人机联系设备，对机组运行状态进行实时监测，在控制指令发出后往往能在3s左右得到响应。机组运行状态变化时，计算机系统可以以最快的速度对其进行显示和记录，加上该过程有大量的数据进行计算，要求该系统具有足够快的响应速度。
（2）可靠性高
为确保机组振动故障诊断系统的稳定运行，首先就需要确保机组监测系统的可靠性。在配置该系统过程中，往往需要采取可靠性强的措施，以保证系统各部分均能分别进行维护与更换。
（3）可维修性好
如果监测系统发现某个部位故障时，要求能及时地确定故障点，并尽快进行维护或者更换。因此应该尽量简化模块的种类和结构，其需要具有报警和自诊断功能。
3.2水轮发电机组在线监测与故障诊断系统
结构多机分布式系统主要特点是功能分布性、地域分散性。在多机分布式系统中，各机组状态量和各系统智能处理单元都可以独立进行数据的采集、计算和处理，减轻了中央计算机的负担。同时各子系统和智能单元往往可以通过网络与上位机系统通信，使得该系统具有诸多优点，如共享性强、监测容量大、覆盖面广、抗故障能力强、便于集中管理等。水轮发电机组多机分布结构主要由监测系统现地单元、状态监测历史站、状态监测系统局域网、状态监测操作人员、专家系统分析站以及远方专家系统分析站等组成，能更加准确、更加及时地完成各工况下机组的监测和故障诊断与定位，弥补了传统单机式集中控制监测系统的不足。
3.3系统硬件配置和网络方案设计
（1)系统硬件配置
硬件设备是机组状态监测与故障诊断系统实现的前提，如何针对系统功能要求，选择相应的计算机设备，是目前水电站和电力企业共同关注的问题。在机组振动在线监测和故障诊断系统硬件配置时，应该根据该系统需要实现的功能、特点以及满足的要求进行设计。本设计中，该系统硬件配置主要由上位机、状态监测单元、Web服务器、工业控制网络以及远方专家系统组成。该系统监测与故障诊断主要是利用工业控制网络将各地状态监测单元与中控室上位机连接，对机组运行状态进行实时监测，判断监测信号所处状态，并采用服务器连接远方专家系统，实现远程故障诊断。
（2）通信网络方案选择
对于现地状态监测单元和上位机系统之间信息的连接与通信，往往需要通信设备进行连接。由于水轮发电机组状态监测系统的结构是分布式的，加上总体结构的性能与通信系统密切相关，因此需要根据实际情况选择适合的通信网络方案，以确保各单元信息和数据之间更好的传递。
结束语：
水轮发电机组的故障原因难以通过准确的数学模型进行描述，也难以判定故障的性质。针对水轮发电机组的振动故障，其引发的原因有多种，主要包括水力、机械、电磁方面的因素，导致振动故障的因素不确定，本文通过对振动监测和故障诊断必要性的介绍，结合水轮发电机组的结构及原理，对水轮发电机组振动故障的特点进行了分析，列举了两种智能故障诊断的方法。相信随着科学技术的不断发展，水轮发电机组的故障诊断系统将更加先进和实用，振动故障将彻底得到解决。
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论文作者:朱江
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：机组论文; 水轮论文; 在线论文; 故障诊断论文; 故障论文; 系统论文; 状态论文; 《电力设备》2018年第21期论文;