水电机组状态监测与故障诊断技术分析

水电机组状态监测与故障诊断技术分析龚坤修（四川渠江金盘子航电开发有限公司，四川达州635041）
【摘要】作为电厂的重要设备之一，水电机组的良好运行状态是确保水电厂安全运行的重要保证。

随着国内水电工程建设的发展不断加快，水电机组开始往高效率、大容量、高转速以及高水头的设计方向进行发展，在设计采用的材料拥有更高的强度，不仅增加了机组尺寸，减小了相对刚度，并且采用更加灵活的构件，因此对机组运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

为了对水电机组的运行状态进行在线监测和诊断分析，采用了水电机组状态监测与故障诊断系统，通过系统收集机组运行数据，上传给计算机网络进行监测分析，对机组运行过程中存在的潜在故障进行排查和报警，提前避免重大安全事故的产生，对保证水电机组运行的安全性和可靠性具有重要的意义。

本文主要对状态监测技术和故障诊断技术进行了分析。

【关键词】水电机组；状态监测；故障诊断
【中图分类号】TV738【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2018）04-078-02
引言
随着国内电力企业改革的不断深入,将降低设备维修成本和提升设备的稳定可靠性作为提升发电企业经济效益的重要手段。

在过去国内采用的是计划检修制度来保障水电机组的安全运行,虽然这种定期维修制度能够取得一定的效果,但是存在缺乏针对性、维修过于盲目、无法对设备故障提前防范等弊端。

随着水电机组运行技术的不断发展,此维修制度已经满足不了日益增长的维修需求。

在20世纪90年代初,提出了状态维修的概念,作为一种新的维修模式,具有较强的设备针对性,并且能够依靠强大的设备检测技术和设备诊断系统,对机组设备日常的运行状态进行监测分析,提前发现设备潜在的故障,使设备得到及时的维修,不仅使得检修周期延长,维修费用大大降低,而且检修更有针对性,设备使用寿命得到延长,同时避免了严重安全事故的发生。

1水电机组状态监测技术分析
1.1机组振动稳定性监测技术
此监测技术主要包括对机组的水压脉动、主轴摆度以及结构振动参数的监测。

振动监测主要包括两个部分,分别是监测分析系统以及振动传感器。

监测分析系统主要包含三个功能,分别是对数据进行采集、储存和分析,通过监测分析系统能够对振动的详细信息获得全面的了解,包括振动的趋势、轴心轨迹、振动频率、波形、幅值和相位等信息。

通过这些振动详细信息能够对振动产生的原因进行判定、对事故进行分析[1]。

振动传感器主要是对表征机组振动状态的非电量特征参数进行收集,然后将其转化为电量信号以供监测系统使用。

1.2水轮机效率监测技术
通过对水轮机的效率进行监测,能够提升机组自动化水平以及经济化运行都具有重要的作用。

水轮机效率监测主要是采集测量无功功率、有功功率、接力器行程、工作水头、水轮机流量的参数。

除了水轮机的流量,在一些大中型水电厂中已经能够对其他参数进行自动采集,并且数据的精确度较高。

测量水轮机过机流量的方法有很多,但是能够用来在线测量的方法主要有蜗壳差压法以及超声波法。

前者由于操作简单、造价较低实用性比较高。

后者受到水轮机特殊流道条件的影响,测量稳定性和准确性都需要得到提高。

1.3水轮机发电机气隙和磁场强度监测技术
经过长时间的改进和应用,气隙监测系统在国外很多国家的水电站都有进行安装。

主要是通过配套前置器和平板电容式传感器来测量发电机气隙和磁场强度,然后利用计算机采集、存储和输出数据。

在气隙中通常采用电容式位移传感器,主要是通过对被测表面和传感器平板之间等效电容的变化进行监测来得出两平面之间的距离[2]。

另外由于传感器是平板形式所以可以在定转子之间进行安装。

国内的水轮发电机气隙和磁场强度监测技术发展起步比较晚,随着在线监测系统的不断升级和应用,我国部分水电厂已经进行安装和应用VibioSystM公司的AGM系统。

1.4水轮机空化在线监测
水轮机破坏的主要形式之一就是空化,对水轮机的能量特性会造成直接的影响,导致出力、效率下降,增加水压脉动和机组振动。

另外,在受到泥沙磨损的情况下,还会加大破坏的严重程度,对机组的稳定性造成影响,缩短了机组的运行周期,使检修工作量和维修成本都大大增加。

因此,通过加强对水轮机空化的监测方法和系统的研究,对产生空化的机理、条件以及后果进行充分的了解,使水轮机空化的破坏性降到最低。

1.5绝缘局放监测技术
根据不完全统计,电气方面故障约占到水机组总故障中的一半,其中定子绕组绝缘的老化问题占到故障的40%左右。

作为电机常见事故之一,局放放电主要是指水轮机定子绕组绝缘层发生非贯穿性放电的情况[3]。

尤其是高压绝缘系统中,在绝缘层的表面和内部小空隙中更有可能产生局部放电。

绝缘局放监测的主流方法是脉冲电流法,利用绝缘局部放电监测技术对水轮机发电机定子绕组进行在线监测,能够对定子绕组的绝缘状态进行实时评估,能够及时的发现潜在故障征兆,从而避免产生恶性事故。

1.6主变压器油气监测技术
在电力变压器中,产生的内部故障主要包括绝缘受潮、放电性故障以及过热性故障等,利用色谱分析技术对变压器油中气体进行色谱分析,能够作为发现变压器内部潜在故障的重要方法[4]。

主变色谱状态监测主要通过对变压器设备油中溶解的气体含量和增长率进行在线监测来发现故障,再利用故障诊断系统对设备故障隐患信息进行早期预报,防止设备事故的产生,能够有效提升设备运行的可靠性和稳定性,避免重大损失。

2故障诊断技术
针对水轮机组的故障诊断技术的研究是一个长期的过程,应该以故障诊断技术的高智能化、网络化以及诊断方法的综合化、多元化作为发展目标,只有不断投入大量相关研究人员和机构长期的努力,才能够使水轮机组故障诊断技术得到进一步的完善和广泛的应用。

2.1新型信号分析技术
在现场进行实测的振动信号由于随着时间的变化变得十分不规则,甚至有些振动信号是随便变化,所以,当前的诊断
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系统还不能有效分析处理这些机组振动信号,从而无法实现对机组运行状态以及故障特征的提取[5]。

但是通过小波分析技术则能够分析处理随机信号,从而获得故障特征和机组运行状态,因此,未来应当要加强新型信号分析技术的应用。

2.2全息谱分解技术
在过去很长一段时间,通常都是采用频谱分析法来对采集的数据进行分析,以诊断水电机组的故障,然而一般的频谱分析法并不能对相位信息进行分析,所以使故障诊断的可靠性大大降低。

通过应用全息谱分解技术能够准确分析相位信息,利用两个互相垂直的信号并根据频谱分析结果还可以分解轴心轨迹,使故障诊断的结果准确性和可靠性增加。

2.3多传感器信息融合技术
此技术主要是通过对专家经验、关系信息与频域数据以及传感器时域等信息的充分利用,并结合证据推理、模糊理论以及人工神经网络,直观的表达出部分不确定的信息和知识,实现融合诊断。

2.4网络技术
通多结合状态监测和故障诊断技术、虚拟仪器技术、计算机网络技术,能够使水电机组的状态监测与故障诊断处于远程网络环境之中,从而实现网络化诊断,使状态监测和故障诊断的实效性和水平得到大大提升[6]。

3结语
水轮发电机的未来将会朝着计算机化、自动化、流程化、巨型化以及技术密集化的方向不断发展,落后的维修能力已经满足不了增加的新设备。

因此要求相关设备具备较高的可靠性和故障自动诊断的能力,企业应当不断强化社会化维修力量,做好售后服务,使企业的设备维修负荷得到降低。

通过科学管理不断完善维修体制,实时监测水轮机的状态,确保未来水轮机组状态监测具备可预见性以及故障快速诊断的能力,这对促进我国水轮机组的稳定运行和社会经济水平的提高具有重要的现实意义。

参考文献
[1]茹欣.水电机组在线监测及故障诊断技术研究[J].农业与技术, 2016,36(20):60.
[2]刘小云.水电机组状态监测与故障诊断系统[J].设备管理与维修, 2017(10):65~66.
[3]李春灿.水电机组在线监测及故障诊断技术探究[J].工程技术:引文
版,2016(12):00221.
[4]张聪.浅谈水电机组故障诊断技术的应用[J].建材发展导向:上, 2016,14(23):270~271.
[5]张晓平,唐德锋.水轮发电机组状态监测系统的组成及应用[J].工程
技术:文摘版,2016(12):00111.
[6]宋卓吏.水电机组状态监测与故障诊断研究新进展[J].环球市场, 2016(24):123.
收稿日期：2018-3-24
作者简介：龚坤修(1976-),男,汉族,四川达州人,工程师,主要负责水电站运行维护及电力营销方面的工作。

浅谈110kV智能变电站继电保护的运行维护杨青（国网四川省电力公司都江堰市供电分公司，四川都江堰611830）
【摘要】随着光纤技术的广泛应用，智能变电站得到了迅速发展。

而智能变电站作为智能电网中的一个重要成分，近年来也得到了广泛的应用。

由于我国在智能变电站的建设及应用等方面经验不足，其在继电保护的运维管理方面存在一些缺陷与疏漏。

本文基于110kV智能变电站的继电保护系统运维的问题，进行研究，同时提供一些合理的解决方案，旨在给110kV智能变电站的继电保护系统管理提供参考。

【关键词】110kV智能变电站；继电保护系统；运维管理；解决方案
【中图分类号】TM63【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2018）04-0079-02
引言
110kV智能变电站的继电保护系统对于日常供电工作有着举足轻重的作用。

相比传统的综自变电站而言,智能变电站
的继电保护系统的计算机数字、自动检测等特点更为突出。

但是有利有弊,智能变电站的继电保护系统维护要求繁多,运维工作十分重要。

本文主要讨论分析110kV智能变电站继电保护系统运维工作中的经典问题,并进行相对应的解决方案
分析。

1110kV智能变电站继电保护系统简述智能变电站,就是在变电站的基础上,增加数字化采集、光纤传输、网络化控制等智能功能,尽量使资源具有可分享性,并且有效降低设备配置、减少运行能量消耗,从而使电网可以实现智能化控制。

除此之外,在智能变电站中,电缆可以被光纤所替代,这样更加符合国家可持续发展战略。

在智能变电站内部,信息可以得到及时地传输、分享、互换。

变电站整体电源系统全部为一体化设计,原先变电站中的交流、直流电源、UPS以及通信电源等全部统一化设计。

使用一体化监控模式使站用电源的各个分支之间相互联系,从而达到站用电源的信息互换。

一体化监控模式是使用以太网口以及IEC61850规约以达到与后台监控通信的目的。

这种电源模式还具有智
能化监控设备,可以进行保护、自我诊断、绝缘检测、直流电源
接地巡查包括蓄电池自动巡查等操作。

智能变电站的可靠性
表现也十分优秀,一旦站内的任一系统出现故障,那么变电站
内的所有设备会全部崩溃,所以,智能变电站中需要有完整的
继电保护系统,相关技术管理人员的日常操作也必须规范,通
过严格管理来确保变电站内工作的顺利进行。

智能变电站的继电保护系统的作用是自行解决供电系统
中发生的故障,从而使供电系统和相关设备能够正常工作。

智
能变电站继电保护系统可以确保智能变电站日常工作的顺利
进行,并且具有同步化数据和处理采样异常的数据的功能。

对
于智能变电站中的继电保护系统来说,可以在第一时间处理
故障很有必要,并且还要求其可以正确判断自主选择发生故
障的类型,同时能够将其切断。

继电保护系统也需要兼顾灵敏
度,当当供电系统的电气设备出现问题时,需要继电保护系统
迅速做出反应。

110kV智能变电站继电保护系统由电子互感
器、合并单元、智能终端、交换组等几个部分组成。

继电保护系
统可以在出现故障时,将受到保护的装置及时地与电网分离;
还可以实时监控智能变电站的装备,一旦这些设备出现故障,
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