水轮发电机组的状态检测及故障诊断分析

水轮发电机组的状态检测及故障诊断分析

摘要：本文作者结合多年来的工作经验，对水轮发电机组的状态检测及故障诊断进行了分析，具有一定的参考意义。 关键词:水轮发电机组；状态监测；故障诊断 中图分类号：tm312 文献标识码：a文章编号： 引言

根据全国水力资源复查成果，我国水力资源居世界首位。水能理论蕴藏量6.94亿kw，年发电量6.08万亿kwh，技术可开发装机5.41亿kw，技术可开发电量2.47万亿kwh。然而，目一前发达国家的水能资源平均开发度在60%以上，其中美国水能资源已开发约82%，而我国还不到30%。按照《可再生能源中长期发展规划》，到2010年和2020年，水电装机容量将分别达到1.9亿kw和3.0亿kw，占水能技术可开发量的35.1%和55.4%。目前我国经济正在快速稳定发展，需要强大的能源支持，在这样的背景下，水电开发的速度也是史无前例的，据统计，目前在建水电规模达到8000万kw，一批大中型水电站正在建设之中。加快水电能源的开发不仅可以在防洪减灾、改善生态环境、增强供水安全和调整区域产业结构等方面带来巨大效益，还能减少化石能源对环境的污染，为电网提供充足的调峰和备用容量，提高电力系统的安全稳定性。水电机组由于启动、停机非常迅速，可在几秒钟内增减大量负荷，具有运行灵活、快捷等优点是电力系统调节尖峰负荷、电网频率以及担负事故备用最理想的电源类型。随着国民经济和科学技术的迅猛发展，水电机

组的单机容量愈来愈大，结构也趋于复杂。在电站水头变幅增大、运行工况复杂的情况下，水电机组的不稳定现象不断增多，水轮发电机组的状态检测及故障诊断成为人们研究的热点问题。 1. 设备状态监测及故障诊断的含义及故障的类型

设备状态监测是指对设备状态进行监测，突出设备的状态：其状态可以是正常状态，也可以是不正常状态，甚至还包括各种故障状态，含义比较广泛。

工程领域的“故障”，是指设备运行功能的失常，一般是指功能可恢复的，而不是失效，更不是损坏。故障诊断的概念，来源于仿生学。故障这一名称，从设备检修角度出发，早在二十世纪三四十年代就己经提出。但是，形成“故障诊断”这一学科却是近二十多年的事。

“故障诊断”是突出诊断的目的性，针对寻找和发现故障状态而进行诊断，也包括无故障状态在内，但强调故障状态的重要性。“故障诊断”是从学科的角度出发，深入研究机械设备故障诊断的基本概念与基本体系;用系统论的观点，深入阐明机械设备的系统特点以及故障、征兆与特征信号的基本概念;解释故障传播过程的实质和故障特性，如层次性、相关性、延时性和不确定性等问题，它对发展自身学科体系，起到指导和催化作用。

故障诊断技术从某一种角度考虑，可以属于信息技术范畴。它是利用被诊断对象所提供的一切有用信息，经过分析处理，获得最能识别设备状态的特征参数，最后作出正确的诊断结论。而诊断原

理包括故障机理和诊断数学两大部分。故障机理主要研究故障信息的发生问题，目前国内的研究侧重于以下几个方面：零部件之间不协调的机理(如精密机床传动尺寸链精度的劣化)；信息故障(软故障)问题，如电脑病毒的传播与防治、数控机床的参数设置失误、plc控制系统的编程差错；人员误操作的规律与人的可靠性问题；设备输入异常引起的故障机理；环境异常的破坏机理，如低温环境引起的液压系统工作失灵，强电磁场对遥测遥控遥诊遥讯系统的干扰，雷电造成的电力网络事故等。诊断数学主要研究的是故障发生之后信息的优选、采集、特征提取、识别、推理、寻因、定位和预测等一系列阶段所必需的数学理论与方法，包括正向运算和反向运算两大类。正向运算是顺着时间轴的问题，即由前因推至后果，探求故障后果及影响程度并作出警报和预测。反向运算则是由现状(故障表现的症状)去追究起因，是逆着时间轴的问题，这种反向寻因在故障诊断作业中占很大的比重。有的复杂问题总是由于事先掌握的有关信息一时还不充分，需要反复进行正反两个方向的推算才能使结论逐步明朗起来(先正后反或先反后正)。

诊断是从应用的角度提出来的，它涉及确定型、随机型、模糊型、推理型、智能型、拓扑型、混沌型等一系列广义数学领域而且正在不断的交叉、融合与发展之中。诊断技术是工程实践手段，包括硬件和软件以及从业人员。其中单项技术如振动诊断、油液分析、红外技术、激光技术、超声技术、射线技术等。综合技术是有关单项技术的综合，以便有效地解决某种实际诊断问题。诊断系统(网

络)的设计与实现是高层次的诊断技术，它离不开诊断理论的指导和计算机技术、信息工程技术的支持，而且只有在充分掌握设备本身知识的情况下才能很好地完成任务。按照故障性质、状态的不同，故障大致可分为：1、按工作状态分有间歇性和永久性故障。间歇性故障是有时发生，有时又消失。永久性故障是故障出现后，除经人工修理不然就一直存在。2、按故障程度分有局部功能失效和整体功能失效的故障。局部功能失效的故障是该机器设备某一部分存在故障，使得这一部分功能不能实现，而其它部分功能仍可实现。整体功能失效的故障，虽然也可能是机器设备某一部分出现故障，但使整机功能不能实现。3、按故障形成速度分有急剧性和渐进性故障。急剧性故障是故障一经发生之后就使工况状态急剧恶化，不停机修理，机器就不能继续运行。渐进性故障是发展缓慢，可以继续运行一定时间后再修理。4、按故障速度及形成速度分有突发性和缓变性故障。突发性故障发生在瞬间，它和急剧性故障不同之处是没有明显的征兆，往往导致整机功能失效，甚至人身、设备安全难于预测。缓变性故障具有渐进性和局部功能失效的特点，可以预测。5、按故障形成的后果分有危险性和非危险性故障。突发性故障和急剧性故障属于危险性故障，常导致整机损坏、乃至于人身事故和灾难性后果，是机械故障诊断重点预防的问题。非危险性故障一般是指可修复的故障。6、按故障形成的时间分有早期、随时间变化和随机性故障。早期故障是有征兆的，可早期发现，一般不影响机器的继续运行，但应注意其发展趋势，防止故障扩大。随时间

变化的故障是渐进性故障，如轴承磨损等。随机性故障没有明显的规律，大部分故障的特征值都具有随机性，可不重复。 上述故障类型是相互交叉的，随着故障的发展，可从一种类型转移到另一种类型。

2水轮发电机组网络化的在线状态监测与自动化的故障诊断系统基本概况

当前水轮发电机组机组在其检修、机组维护、机器运行以及设备管理等方面都提出了更加严格的要求，对其开展以在线的状态监测作为基础的发电机组状态检修改革己经势在必行。 网络化的水轮发电机组状态监测与故障诊断就是指利用先进的计算机自动化技术、信息信号处理技术、现代电子通信技术，将包括测量仪、信号系统、继电保护、自动装置等在内的水轮发电机组变电站二次设备经过功能的优化组合，以实现对整个水轮发电机组变电站以及输电配电线路的主动监控、自动测量、自动控制、微机保护和调度通信等综合性的自动化控制，使得我们可以随时根据发电机组的实际运行状态、再结合机组的历史运行状态，以确定是否对机组实施相关检修，实现其网络化的在线状态监测与故障诊断系统，并通过互联网将现场机组的相关信息实时地发送到相关专家手中，使专家能像亲临现场那样准确而及时地判断其机组故障，进而采取科学有效的措施来解决实际问题。

网络化的水轮发电机组状态监测与故障诊断需要用到的硬件有传感器、主从方面的pxi系统、故障现场计算机、现场服务器、故

障排除操作员站以及远程的pc等。在其发电机组状态信号的检测现场，被测点比较多，而监测项目的类型也非常多，加之其现场会有较严重的干扰，因而本系统会采用现场的总线技术，再利用主pxi总线仪器系统将现场传感器输出的类型各异的模拟信号实现集中的转换，使之成为数字信号，再通过光缆将其传输到现场的计算机系统。现场的计算机系统会对通过pxi系统采集到的数据信息进行综合的分析与处理，然后再利用水电厂的内部网络将这些数据信息传送到相关服务器上，故障排除操作员站与工程师站就可以随时地访问服务器中发过来的信息资源.对其进行远程的状态监测与故障诊断。