摘要：在水电厂实际运营中，水电机组是其中的核心设备，其运行状态的好坏会对水电厂的安全运行产生决定性影响。随着发电机组单机容 量的不断扩大，机组检修、维护、运行及管理等也要不断提高要求，对水电机组运行状态做出实时监测，做好预测预报、分析故障原因，可 大大提高故障排除的效率，保证水电机组运行的安全性、稳定性。
关键词：水电机组；在线监测；故障诊断
前言
水口水电厂安装了一套机组状态监测与诊断系统，该系统基于目前国内先进水平，是一套针对转浆式机组的、以实用性为目的的、功能强大 的状态监测、分析与诊断系统。它对机组的稳定性、定转子空气间隙、定子的振动、发电机绝缘、水轮机气蚀等情况进行监测，并通过预警 、报警等技术手段，提前发现设备早期故障，解决机组的运行安全问题，降低现场的故障发生率，并积累相关的运行数据以供分析诊断，找 出引发故障的本质原因。
1 水电机组故障发生的特点
水电机组故障发生的特点主要表现在以下几个方面：复杂性特点。水电机组的系统组成十分复杂，涉及到机械系统、电磁系统、水力系统等 诸多内容，在其运行过程中，机械、电磁、水力等因素均会对其运行状态产生影响，从而引发各种故障。具体而言，包括转动部件失衡、部 件脱落、法兰连接松动等，故水电机组振动故障十分复杂；渐变性特点。水电机组在不同的运行阶段，其所表现出来的故障问题也存在差异 ，与其它旋转设备相比，水电机组转速相对较慢，在100～200转/min左右，因此水电机组突发性故障相对较少，振动故障是其常见故障，通 常是由于长期磨损或疲劳导致的，经过长期积累形成的，故体现出渐变性的特点。
2 机组状态监测与诊断系统的总体结构
该系统采用复杂的分布分层双局域网结构。系统由状态监测局域网和电厂局域网两套局域网组成。从信号的角度看，系统由传感器层、信号 采集与预处理层、服务器层、BS浏览器终端、远方运行分析中心五层结构组成。
2.1 传感器和变送器：将机组各部件采集的各种物理信号转化为电信号。
2.2 信号采集及预处理系统：采集传感器和变送器信号，将这些信号采集和处理，得到反映机组运行状态的各种特征参数、曲线、图表 等；其中主变在线监测系统和#1机组局放监测装置通过485通讯接入#1机组状态监测装置，机组流量监测装置和#3机组局放监测装置通过485 通讯接入#3机组状态监测装置。
2.3 状态数据服务器：接受信号采集及预处理系统的数据，自动运行分析和诊断软件，定期提供状态检查日志、状态发展趋势、自动状 态报告，自动存储有故障时的监测数据等。发布数据服务器中的数据、分析结果、诊断结果，包括与本地或远程的监测、分析、诊断、维护 工作站的交互，定期向远程发送日志、趋势以及有故障的实时数据等，并提供状态数据查询服务。
2.4 由于电厂状态监测内容较多，数据通信容量较大，故建立独立的状态监测与诊断系统的TCP/IP局域网，与电厂的MIS局域网分开， 以保证状态监测的实时性，避免两个系统之间的通信干扰。同时又通过Web服务器将两个网络连接起来，使MIS用户可以用浏览器方式有效地 对机组状态进行监测分析和诊断，（2008年奥运至今，根据国网公司二次系统安全防护规定，暂时将WEB服务器与电厂MIS局域网断开、镜像 服务器与外网断开）。
2.5 状态监测系统与发电监控系统、水情测报系统的数据传递通过一台数据转换器及一台物理单向隔离装置来实现。该转换器一方面完 成各系统之间的数据通信协议的转换，另一方面可以保障各系统的安全性不受影响。
2.6 工程师工作站用于完成状态监测与诊断系统的配置和维护等工作，也可以用于对离线监测数据的管理和维护。
3 机组状态监测与诊断系统的功能
3.1 实时状态监测功能。对机组实时的电气、机械、水力性能状态进行在线监测，通过通讯接收主变压器监测信号、水位信号、机组温度信 号等。
3.2 故障预警功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆跟踪趋势变化，发现故障隐患，及时发出预警信号，提示现场人员适时维修，避免事故的进一步扩大。
3.3 优化运行参数功能。通过对运行数据的分析，掌握不稳定负荷区等危险运行工况，避开危险点运行的优化运行状态。
3.4 故障现场判断与事故追忆功能。通过分析工具和诊断策略，查找故障原因，为解决故障提供分析诊断咨询意见。通过针对性检修降 低检修成本，避免盲目检修造成的经济损失和设备故障。
3.5 性能评价功能。对机组大修或改造的性能进行评价。
3.6 使用辅助功能。可进行机组动平衡、盘车、甩负荷、发电机启动等试验辅助功能。
3.7 远程诊断功能。采用网络技术、设立远程分析诊断工作站，实现远程机组状态监测、分析诊断。使所有联结网络的计算机都可以对 机组进行在线监测和分析，降低了技术服务费用，加强了技术交流，做到移动的是数据而不是人。
3.8 状态报告功能。定期和召唤报告机组状态及趋势、并发布必要信息。全面了解和掌握机组运行状态、指导检修、优化运行，逐步实 现从计划检修向状态检修过渡。
4 水电机组运行状态检测及故障诊断的主要内容
水电机组运行的稳定性会对电网运行的稳定性产生决定性影响，因此做好水电机组状态运行监测及故障诊断具有重要的现实意义。具体而言 ，水电机组运行状态检测及故障诊断的主要内容包括以下几个方面。
4.1 水电机组运行稳定监测
水电机组运行稳定性监测包括以下几种：进行机械振动监测。振动故障是水电机组最常见、最突出的故障，通常常采用低频振动速度传 感器及加速度传感器进行监测，其中采用电涡流位移传感器、电容式非接触位移传感器监测主轴摆度，并采用压力传感器进行水压脉动监测 。具体监测过程中要根据现场的实际情况、机组型号及实际容量选择监测测点。通常并非所有机组均需进行全面的状态在线监测，因为多数 机组故障发生均有特定的规律，且可反映出机组的安装及运行历史记录中，因此出于节约成本、提高经济效益的角度，可根据机组的实际运 行情况选择最主要的状态进行监测。
4.2 空蚀监测
目前为止水轮机的设计多是按照理想流体设计的，即流体设置为清水，但是近年来环境污染比较严重，水质受到破坏，尤其是在汛期会 ，含沙量及推移质会明显增多，水电机组受泥沙等物质的磨损非常严重，因此加强水电机组空蚀的状态监测及故障诊断具有重要的现实意义 。现阶段我国在空蚀状态监测方面已经取得了显著成果，通过实时在线监测空化空蚀引起的压力脉动信号、水轮机效率、空蚀产生的噪声等 因素，对水电机组空蚀状态情况做出检测。此外，一些国外地区开发出以声传播为原理的监测系统，其主要应用加速度传感器测量声强，对 空蚀的发生及发展过程进行监测，并通过严格的评价标准对水电机组空蚀的严重程度做出评价。
4.3 调速系统监测
在水电站运行过程中，调速系统是重要的组成部分，其主要功能是实现机组运行控制及速度、功率的调节等，包括机组的开停机、并网 等。调速系统运行状态监测的主要对象包括调速器系统、油压系统运行设备，其主要内容包括控制参数、静态特征参数、动态特征参数、机 组控制参数等等。调速系统运行的可靠性会对水电站、电网的生产质量及生产安全产生直接影响。不过现阶段专门针对调速系统的状态监测 及故障诊断技术研究还相对较少，多采用传统的检修方法。我国研究出一种水轮机调速系统仿真测试装置，其具备系统仿真、状态监测、故 障诊断等功能，相信随着水电机组故障诊断技术的不断发展，针对调速系统监测的故障诊断技术也会得到迅速发展。
5 结语
综上所述，在线状态监测与故障诊断通过对机组各种状态信息的实时监测，捕捉早期故障征兆，根据其发展趋势和历史记录，对机组进行实 时故障分析，有利于水电厂制定合理的设备检修计划，对提高水电机组运行安全可靠性和经济性具有重大意义。
参考文献：
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论文作者:赵贤文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
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