摘要：随着经济的不断发展，社会对于电能的需求也原来越大。水电站作为电力网络中的重要组成部分，也在持续投运过程中为电力系统贡献力量。并且，随着水电站规模的不断发展，水电站机组容量更大，自动化程度更高，这对于水电站机组的相关性能也有更高的要求，对于运行的可靠性、安全性也有更高的要求。基于此，在线监测与故障诊断系统在水电站机组中的应用越来越广。本文将重点以北京华科同安TN8000为例，介绍水电站机组在线监测与故障诊断系统的应用以及其未来发展。
关键词：水电站机组；在线监测；故障诊断
引言
在水电机组的运行过程中，其安全性和稳定性至关重要，一旦发生事故，不仅会对电力网络造成影响，甚至会引发重大事故。因此，对于水电机组运行状况的检测与故障诊断一直以来都是水电行业的重要课题。随着科技的不断发展，在线监测与故障与故障诊断系统在水电站运行中的应用范围越来越广，使得机组运行的稳定性、安全性以及自动化程度都有很大的提升。
一、我国水电机组在线监测与故障诊断系统的应用现状
在线监测与故障诊断系统应用于水电机组，在发达国家起步较早，并且发展至今已经发展出一系列较为成熟的产品。我国从上世纪九十年代开始，逐渐开始对在线监测与故障诊断系统给予高度重视并开始高速发展。其中北京英达华公司、华科同安公司都推出了相对成熟的系统和产品，其中在业内较为知名的系统包括英达华的EN8000系统、EN3800系统，以及华科同安公司的TN8000系统。当前，我国各大水电站均已广泛应用在线监测与故障诊断系统；包括三峡、拉西瓦等水电站都采用了TN8000系统。
二、在线监测与故障诊断系统的架构与功能
一般来说，在在线监测与故障诊断系统包括的诸多组成部分中，核心部分为传感器、数据采集单元、服务器、网络设备以及系统软件。通过系统传感器获取相关信号，再交给数据采集单元实施数据的转化，并将转化完成的数据上传服务器；通过计算机对获得的数据实施分析，并以图表、报告等方式提供给用户。相关数据被上传服务器以后，用户不仅能够对信息直接浏览，还能够实现历史数据的分析和统计。
就TN8000系统来说，在线监测与故障诊断系统通过对发电机组的分布式设置实现检测和诊断，主要包括了电站层与现场控制层，并通过光纤环网结构将两层结构之间连接起来[1]。
就在线监测与故障诊断系统的功能来看，位于机组各个位置的传感器，对机组的运行状态相关数据实施采集，对数据实施存储以后，将得到的数据整理成为一定的数据模式，并对数据展开综合分析，最后将数据结果、分析结果呈现给水电站机组的监测维护人员。监测维护人员既能够直接运用各种分析结果，也能够通过系统对历史数据实施查询和分析，进而找到问题点。再结合系统具有的网络功能，将数据资料上传上位机、集控中心等以做更高一级的分析或存储；另外，TN8000还具有远程服务能力，将资料上传后，能够对机组稳定性有更进一步提升。
三、监测项目与分析方法
在TN8000系统中，对于机组运行状态的检测，主要是通过通过对以下项目以及具体参数的监控来实现的：
（1）稳定性参数。具体参数主要包括发电机组的大轴摆度、机架振动、压力脉动以及轴向位移。
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（2）发电机检测参数。具体参数主要包括空气间隙、磁通密度、局部放电以及铁心温度等。
（3）水轮机检测参数。具体参数主要包括水轮机的能量效率、轮转间隙、流量以及空化。
（4）工况参数。具体包括机组的功率指标、励磁电力、励磁电压、发电机出口开关、导叶开度、桨叶开度等等。
（5）键相。主要包括检测过程中各种信号的定位与控制状况。
（6）监控通讯参数，主要包括定子的线棒、铁芯温度、各瓦的油温、油位等等。
其中，在系统稳定性分析中，主要是通过以下方法来实现的：时域波形、瀑布图分析、轴系图、图示分析等等。气隙监测的常用工具包括：定转子圆图、定转子圆图叠加、刺激轮廓线波形等等。
四、机组在线监测与故障诊断系统的未来发展方向
当前，在我国各大水电站的运行管理中，在线监测与故障诊断系统的应用已经越来越广，然而就实际应用效果来看，依然处于监测为主的应用模式下，故障诊断的实际发展状况不尽人意。一方面，尽管现代科技不断发展，然而，自动化元件的可靠性依然有较大的提升空间；另一方面，系统发展至今，数据累计依然十分有限，尤其是不同机组、不同水文环境的相关数据还较为缺乏；这两种原因导致当前国内在线监测与故障诊断系统的发展还需要深入研究。未来在线监测与故障诊断系统的发展方向主要体现在以下几个方面。
（1）远程专家诊断中心。通过累计海量监测数据，在此基础上建立统一的专家诊断中心，能够实现跨区域、多系统监测诊断的信息共享，从而使故障诊断效率得到大幅提升。当前，虽然包括华科同安等公司，联合三峡水电站，已经逐步建立远程监测诊断，然而应用范围依然十分有限，其优势也没有体现出来。未来，这必然是重点发展的方向，尤其是我国黄河、长江、澜沧江等流域化水电基地在不断完善，远程诊断、在线监测将能够有效故障诊断效率和准确性[2]。
（2）与其他监控系统交互的强化。当前尽管在线监测与故障诊断系统与其他监控系统之间也会设置通信接口，但是其联系是十分微弱的，未来这种联系必然会越来越密切，比如与计算机监控系统、电缆在线监测系统、气体监测系统等，通过各监测系统的强化交互，能够为机组运行提供更加有效的安全和可靠性保障。
（3）建立统一行业标准。当前，我国国内的各种中在线监测与故障诊断系统相互之间缺乏统一标准，因此彼此之间兼容性较差，所以尽管各具优势，但水电站在选用时，只能选择某一种，也不利于不同水电点之间的联系。因此，建立统一行业标准，强化系统兼容性，对于未来在线监测与故障诊断系统的发展至关重要。
五、小结
在线监测与故障诊断系统对于水电站机组的安全性和可靠性有重要意义，因此其发展和应用必须给予高度重视。当前，国内在线监测与故障诊断系统的发展已经取得一定成就，未来必须持续深入研究。
参考文献：
[1]宋柯，喻永松，杨军.瀑布沟水电站水轮发电机组 PSTA2003在线监测分析系统应用[J].水电站机电技术，2010，33（6）：80-83.
[2]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，2010，30（1）：141-142.
论文作者:陈浩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
标签：在线论文; 系统论文; 机组论文; 故障诊断论文; 水电站论文; 数据论文; 水电论文; 《电力设备》2018年第17期论文;