東風發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應用

1、東風發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應用及狀態(tài)檢修管理體制研究馮文貴 黃定奎（貴州東風發(fā)電廠）摘要：狀態(tài)檢修是目前國際上一種先進的檢修管理體制，其基本思想是：設(shè)備盡可能長時間地處于運行狀態(tài)，只有到設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能即將破壞的臨界狀態(tài)才停運檢修，將以時間為基準的預防性檢修檢修轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基準的響應性狀態(tài)檢修，做到該修才修。狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)作為狀態(tài)檢修實施的基礎(chǔ)，為狀態(tài)檢修提供可信的狀態(tài)信息及分析資料。本文從水電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的基本技術(shù)原理、狀態(tài)檢修管理體制的基本理論等方面，敘述了貴州東風發(fā)電廠開展狀態(tài)監(jiān)測，實施狀態(tài)檢修的成功經(jīng)驗和取得的成效。關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測；專家系統(tǒng)；狀態(tài)檢修文獻標識碼：B1概述貴州

2、東風發(fā)電廠是烏江流域梯級開發(fā)的二級電站，電站設(shè)計總裝機3×170MW，始建于1987年，三臺機組相繼于1994年8月至1995年12月全部建成投產(chǎn)，共有3回220kV出線接入貴州電網(wǎng)。電站以發(fā)電為主，兼顧防洪和灌溉，在貴州電網(wǎng)中擔任調(diào)頻和調(diào)峰任務(wù)。電站機組采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)（LCU）控制，先后在貴州電網(wǎng)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中首家實現(xiàn)遠方自動發(fā)電控制（AGC）（Automatic Generator Control）和遠方自動開停機功能。隨著科學技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的日趨成熟和創(chuàng)建一流電廠的需要，對設(shè)備開展狀態(tài)檢修已逐步發(fā)展成必然趨勢。2狀態(tài)監(jiān)測基本理論21 狀態(tài)監(jiān)測的基本概念所

3、謂 “狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷” ，就是對運行中的設(shè)備實施在線監(jiān)測、實時顯示、數(shù)據(jù)分析，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，使得在計算機網(wǎng)絡(luò)可達到的范圍內(nèi)（包括廠MIS網(wǎng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、中試所等），都可有效的對設(shè)備運行狀態(tài)進行系統(tǒng)自動監(jiān)測分析或人工分析，讀取相應的自診斷狀態(tài)報告，以便盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預防性措施，避免發(fā)生嚴重事故，保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，并以此指導設(shè)備檢修。22 水電廠狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)選擇221 電氣設(shè)備監(jiān)測參數(shù)的選擇對于電氣設(shè)備，可以對主變壓器、電壓互感器（PT）、電流互感器（CT）、耦合電容器（OY）、電容式電壓互感器（CVT）及氧化鋅避雷器等大多數(shù)設(shè)備的運行狀態(tài)實現(xiàn)在線監(jiān)測與診斷。例如主

4、變壓器可以監(jiān)測局部放電、油中溶解氣體（色譜）鐵芯接地電流以及高壓套管的介損（tg）、電流（I）、電容（C）；電壓互感器（PT）、電流互感器（CT）、耦合電容器（OY）、電容式電壓互感器（CVT）可監(jiān)測介損（tg）、電流（I）、電容（C）；氧化鋅避雷器主要監(jiān)測泄漏電流、阻性電流、基波電流和功耗等。222 發(fā)電機電氣監(jiān)測參數(shù)的選擇發(fā)電機電氣監(jiān)測參數(shù)主要包括以下幾個方面：（1）發(fā)電機空氣間隙監(jiān)測系統(tǒng)AGM（Air Gap Monitoring System）；（2）發(fā)電機磁通量（磁極波）監(jiān)測系統(tǒng)MFM(Magnetic Flux Monitoring System)；（3）發(fā)電機定子線圈局部放電（絕

5、緣）監(jiān)測系統(tǒng)SIM（Stator Insulation Monitoring System)；（4）發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極線圈局部放電（絕緣）監(jiān)測系統(tǒng)MIM（Magnetic pole Insulation Monitoring System)；（5）定子線棒振動監(jiān)測系統(tǒng)SBV(Stator Bar Vibration Monitoring System)。223 水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性監(jiān)測參數(shù)的選擇機組的穩(wěn)定性監(jiān)測主要包括以下幾個方面：（1）擺度：主要監(jiān)測機組運行過程中或各種試驗工況下各導軸承及大軸各法蘭聯(lián)接處的擺度；（2）振動：主要監(jiān)測機組運行過程中或各種試驗工況下各支撐部件或結(jié)構(gòu)部件的振動，如機

6、架、定子鐵芯、定子基座、水輪機頂蓋等處的振動；（3）導軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測潤滑油進出口溫度、冷卻水進出口溫度、瓦溫、油位、水壓等；（4）推力軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測油膜厚度、推力瓦氟塑料層的磨損量、抬機量、推力瓦瓦溫、潤滑油進出口溫度、冷卻水進出口溫度等；（5）尾水壓力及壓力脈動：主要監(jiān)測機組運行過程中尾水壓力及壓力脈動的大小，借以分析引起機組異常振動的水力參數(shù)的大小。224 其他運行參數(shù)監(jiān)測如機組的流量、效率監(jiān)測，機組的一般運行參數(shù)監(jiān)測，如機組水頭、導葉開度、機組溫度、輔助設(shè)備參數(shù)等等。23 狀態(tài)監(jiān)測的基本原理針對不同監(jiān)測參數(shù)的特征，選取不同型式的傳感器（如測量擺度選用電渦流傳感器，振動選用速度或加

7、速度傳感器，測空氣間隙采用平板電容式傳感器等），傳感器通過各監(jiān)測點的位移、電氣參量或其他特征值的變化，轉(zhuǎn)換為輸入傳感器的電信號（020mA或±24V）輸出，再通過傳感器的后置電路將該電信號轉(zhuǎn)換為實際需要得到的監(jiān)測數(shù)值（如振動、擺度幅值（單位：0.01mm），尾水壓力及壓力脈動（單位：Pa），發(fā)電機氣隙磁通量（單位：Tesla）等）。系統(tǒng)再將這些數(shù)據(jù)輸入專門的數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對這些數(shù)據(jù)進行一系列計算和處理，以多種形式（如圖表、波形、頻域、時域等）傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器對這些大量的數(shù)據(jù)進行自動存儲并可通過顯示器（LCD）實時顯示，工程技術(shù)人員可根據(jù)需要在LCD上進行各種數(shù)據(jù)操

8、作，如讀取瞬時最大峰峰值、最小峰峰值、平均峰峰值、查看波形圖、頻率特征等。3狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的研究及應用31 系統(tǒng)考察研究及實施原則貴州東風發(fā)電廠從2001年起就開始對全國各水電廠及科研單位開發(fā)和應用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的情況進行考察調(diào)研，對國內(nèi)外水電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷各子系統(tǒng)的技術(shù)狀況和應用情況有了一個深刻的認識。2002年，東風發(fā)電廠開始實施本廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)前面的經(jīng)驗，我廠制定了狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的實施原則“總體規(guī)劃，分步實施” ，“總體規(guī)劃”就是在實施前將水電廠一整套完整的系統(tǒng)進行規(guī)劃；“分步實施”就是根據(jù)國內(nèi)外某一子系統(tǒng)的技術(shù)及應用效果的成熟情

9、況，結(jié)合生產(chǎn)需要，分步實施，使之能更好的為保證安全生產(chǎn)和指導檢修試驗服務(wù)。32 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2003年3月，東風發(fā)電廠“發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”一期工程進行安裝、調(diào)試和投運，一期工程項目主要包括：狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的公共部分（三臺發(fā)變組共用的局域網(wǎng)及三臺發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的相關(guān)軟件）、3#水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)（包括機組結(jié)構(gòu)振動、擺度、尾水壓力及壓力脈動監(jiān)測系統(tǒng)）、3#發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)（包括發(fā)電機空氣間隙、磁場強度及發(fā)電機定子絕緣監(jiān)測系統(tǒng)）和3#主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)（傳感器及數(shù)據(jù)采集和預處理部分）。2005年5月，東風發(fā)電廠“發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”二期工程“2#水輪

10、發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”進行安裝并與一期工程的公共部分（三臺發(fā)變組共用的局域網(wǎng)及三臺發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的相關(guān)軟件）進行聯(lián)合調(diào)試投運，二期工程包括2#水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)（包括機組結(jié)構(gòu)振動、擺度、尾水壓力及壓力脈動監(jiān)測系統(tǒng)）、2#發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)（包括發(fā)電機空氣間隙、磁場強度監(jiān)測系統(tǒng)），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 33 系統(tǒng)應用情況331目前，穩(wěn)定性系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（振動、擺度、壓力脈動）、發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（氣隙、磁場、局放）和主變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（油色譜）均已投入運行，并能準確采集有關(guān)信號。332“發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、工程師站、通訊服

11、務(wù)器和數(shù)據(jù)采集箱之間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試已經(jīng)完成，網(wǎng)絡(luò)通訊正常。333“發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)、發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)及主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲功能已調(diào)試完畢且運行正常。334系統(tǒng)與我廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)的通訊聯(lián)調(diào)已完成，現(xiàn)該系統(tǒng)能從計算機監(jiān)控系統(tǒng)中通過網(wǎng)絡(luò)通訊采集有關(guān)機組參數(shù)（如機組轉(zhuǎn)速、負荷、水頭、流量、導葉開度、機組各部溫度等）融入系統(tǒng)中輔之以機組狀態(tài)分析及數(shù)據(jù)處理，從我廠MIS系統(tǒng)各終端用戶上均可以通過網(wǎng)絡(luò)通訊的方式訪問該系統(tǒng)。335專家系統(tǒng)軟件已安裝調(diào)試完畢，能對采集到的機組各種狀態(tài)數(shù)據(jù)進行自診斷和咨詢診斷分析，得出機組的狀態(tài)性能報告，有關(guān)專家系統(tǒng)的知識庫還

12、須在今后的運行過程中不斷完善和編輯修改。336一期、二期工程均經(jīng)過初步性能驗收合格，運行正常。4狀態(tài)檢修管理體制的研究及應用41 概述狀態(tài)檢修（國際上簡稱CBM：Condition Based Maintenance）是目前國際上一種先進的檢修管理體制，上世紀90年代后期，國外發(fā)電企業(yè)狀態(tài)檢修的思想和做法傳入我國，部分發(fā)電企業(yè)也開始研究和試行。其基本思想是：設(shè)備盡可能長時間地處于運行狀態(tài)，只有到設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能即將破壞的臨界狀態(tài)才停運檢修。將以時間為基準的預防性檢修檢修轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基準的響應性狀態(tài)檢修，做到該修才修。其好處一目了然，與傳統(tǒng)的計劃檢修相比，實施狀態(tài)檢修可以延長檢修周期，避免不必要

13、的檢修和過度檢修帶來的人力、物力損失和發(fā)電損失，增加發(fā)電量，降低檢修成本和運行成本。42 狀態(tài)檢修的定義設(shè)備狀態(tài)檢修是利用監(jiān)測設(shè)備和診斷技術(shù)收集和積累設(shè)備眾多的狀態(tài)信息，進行系統(tǒng)的趨勢分析，科學判斷設(shè)備有無異常和預知故障，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息分析設(shè)備的健康狀況，據(jù)此安排檢修計劃和檢修內(nèi)容的一種檢修方式。狀態(tài)監(jiān)測眾多的狀態(tài)信息是實施狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，對監(jiān)測信息的收集和科學有效的管理與應用是狀態(tài)檢修得以實現(xiàn)的保證。43 實施狀態(tài)檢修的基本原則狀態(tài)檢修作為作為一種先進的檢修管理體制，是一項復雜的管理系統(tǒng)工程，國內(nèi)企業(yè)大多數(shù)都還處于探索和試行階段，在這樣的條件下推行狀態(tài)檢修，應遵循以下原則：（1）保證設(shè)備安

14、全運行。設(shè)備是基礎(chǔ)，設(shè)備的安全運行是企業(yè)各項生產(chǎn)經(jīng)營活動得以順利開展的可靠保證。因此，保證設(shè)備安全運行是開展狀態(tài)檢修的首要原則。（2）統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施。實施設(shè)備狀態(tài)檢修是對現(xiàn)行檢修管理體制的改革，需要長期堅持，不斷總結(jié)，不斷完善，因此，既要有長遠規(guī)劃目標，又要扎實穩(wěn)妥的分階段實施。（3）合理配置狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷設(shè)備。實施設(shè)備狀態(tài)檢修首先要充分利用現(xiàn)有的裝備和資源，重視常規(guī)的測量工作，根據(jù)水電廠的實際情況合理配置先進實用、技術(shù)成熟的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷設(shè)備。（4）實事求是，一切從實際出發(fā)。由于水電廠的運行條件、機組類型以及在系統(tǒng)中作用的不同，在開展狀態(tài)檢修工作中，要結(jié)合實際情況，從實際出發(fā)考慮

15、問題。 基地 電廠MIS網(wǎng)或電話網(wǎng)絡(luò) 工程師 工作站計算機監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)MIS 通訊站通信 站狀態(tài)數(shù)據(jù) 服務(wù)器后期擴展接口數(shù)據(jù)采 集箱3 定子絕緣3#主變氣相色譜2#1#3機組#2機組圖1 狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖空氣間隙磁場強度數(shù)據(jù)采 集箱2 壓力脈動擺度振動數(shù)據(jù)采 集箱1 壓力脈動擺度振動數(shù)據(jù)采 集箱1 空氣間隙磁場強度數(shù)據(jù)采 集箱2 （5）充分利用國內(nèi)外科研部門的技術(shù)力量。44 開展狀態(tài)檢修的統(tǒng)籌理論及實際應用441 工作流程水電廠開展狀態(tài)檢修工作主要由設(shè)備（系統(tǒng)）狀態(tài)監(jiān)測診斷分析并判斷決策檢修管理設(shè)備檢修評估五個環(huán)節(jié)組成，并形成有機的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。442 開展

16、狀態(tài)檢修工作的步驟（1）收集、整理設(shè)備信息設(shè)備信息主要有運行數(shù)據(jù)、常規(guī)檢測數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)備的故障信息和檢修經(jīng)驗等。這些信息數(shù)據(jù)量十分龐大，應充分利用計算機技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進行管理，從制度上和技術(shù)上保證它們得到有效應用。狀態(tài)監(jiān)測（包括在線和離線監(jiān)測）設(shè)備（或系統(tǒng)）診斷分析、判斷決策檢修管理改善機組運行條件檢修評估 圖2 水電廠狀態(tài)檢修工作流程圖（2）分析診斷，提出檢修建議報告依靠工程師和專家來分析決策運行設(shè)備的檢修項目、檢修間隔、檢修工期及檢修工藝，電廠專業(yè)層人員負責匯總機組各類狀態(tài)信息及相關(guān)信號，并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗進行綜合分析，提出機組綜合報告和檢修建議，提交決策層進行檢修決策。（3）建立計算機檢修管理系統(tǒng)（CMMS）CMMS（Computer Maitanence Manage System）的基本功能包括設(shè)備管理、檢修過程管理、物資管理、財務(wù)管理、人力資源管理等，并且要十分注重把檢修工作納入企業(yè)以成本為中心