浅析水电机组状态监测及故障诊断技术的应用

2021-11-03王燕龙

装备维修技术 2021年38期

王燕龙

摘要：现代社会，人们的日常生活和生产中已经离不开电能，且整个社会的用电负荷在急剧增长。水电厂的开发和建设，不仅有助于缓解电力企业的电能生产和供应压力，而且有助于减少电能生产过程中的煤炭和石油等一次不可再生资源的消耗，有助于经济应对能源危机并保护环境。但是水电机组运行中容易由于自身原因、人为原因以及外界因素等原因而出现各种类型的故障，影响其运行效率和正常运行。这就需要基于水电机组的故障特性和类型，科学选择现代化的水电机组状态监测技术，快速和准确发现、定位故障，并基于更为先进的故障诊断技术，判断故障原因并制定高效的故障排除策略。

关键词：水电机组;状态监测;故障诊断技术

1引言

水电机组作为水电厂的核心设备，由于其自身结构、原理以及运行环境等因素，导致其故障概率高，表现出复杂性特点，影响机组的运行效率和水电厂整体发电效率。为此需要科学应用状态监测和故障诊断技术来科学管理水电机组运行情况。

2水电机组的故障特性及故障类型

2.1水电机组故障特性

一是复杂性特点。水电机组运行中，由于环境复杂，容易由于机械部件连接松动或脱落、不同部件之间的摩擦、没有精准安装部分部件等原因而引发故障。除了上述水电机组自身设备故障原因，还会在受到水力和电磁等外界因素的影响下而引发水电机组的高频压力脉动问题，或者是转子间隙改变、磁极线圈短路等原因引发的振动故障等。在上述不同因素的综合影响下更是会加剧振动故障所造成的危害，而上述故障通常难以通过外观检查来定位故障位置和类型，对检修技术精准性提出更高要求。

二是渐变性特点。水电机组运行中最为常见的故障就是振动异常故障，此类故障在不同时间出现时的表现不同，也会随着时间而动态变化，因此具有较大的故障诊断和维修处理难度。在开展故障维修工作时需要对故障表现进行综合分许与判断，针对性制定维修方案。此外，在水电机组中设备经过长时间运行以及出现空化振动或泥沙磨损等现象，经过长时间积累才可能显现出故障。针对此类渐变性特点，则需要应用状态监测技术对设备运行状态的细微变化进行实时监测，及时发现异常并发出预警，便于维修人员提前准备。

三是不规则性特点。由于水电机组所在位置不同，地质条件也存在较大差异，这也使得水电机组的设计与实际运行效果存在较大不同。加以不同水电厂对机组检修工作的重视程度和资金投入力度不同，所使用的机组设备在型号和性能上也存在较大差异，这就会使得机组实际运行效果与预期效果之间存在不同。而机组安装和运行过程中的各种不确定性和不可预见的因素，也可能会引发不同类型的故障，这些故障通常没有规律可以遵循，只能通过更为精准的诊断技术对故障原因进行准确判别。

2.2水电机组故障类型

总结水电机组运行中的常见故障类型，主要有振动故障和轴承温度异常故障两大类。对于前者来说，主要分为水力振动、机械振动和电磁振动。对于后者来说，则主要由于润滑油系统异常、冷却系统故障等辅助系统失效而引发的轴承瓦温度异常升高现象，或者是由于轴承异常振动以及其他原因所引发的轴瓦温度异常故障。

3常见的水电机组状态监测技术及应用

3.1机组振动稳定性监测技术

此监测技术主要利用具有数据采集、传输和分析处理等功能的监测系统，对水电机组运行中的结构振动和水压脉动等参数开展实时监测工作，重点收集被监测设备的隔值、振动波形和振动频率等实时信息，基于对参数变化情况的分析来判断设备运行状况并分析异常振动原因。其中最为关键的是振动监测传感器，通过此传感器可以收集水电机组运行参数变化情况，由技术人员结合非电量的特征参数开展参数变化的对比分析工作，进而可以诊断故障隐患并判断故障点，保证水电机组的稳定运行。

3.2水轮机效率监测技术

此监测技术的应用，主要是对机组无功功率参数、有功功率参数、接力器行程参数、水轮机流量参数等进行测量采集，所采用的在线监测方法主要有具有操作简便和成本较低的蜗壳差压法，或者是具有较高测量准确度和可靠性的超声波法，有助于提升机组的自动化运行水平，保证机组运行的稳定性与经济性。

3.3水轮发电机气隙和磁场强度监测技术

此技术在应用中主要用于监测发电机气隙和磁场强度，所用仪器为配套前置器和平板电容式传感器等，基于计算机网络的应用对相关参数数据进行采集和储存，然后传输给工作人员进行分析，诊断其中存在问题的部位并采取相应的措施加以处理。

3.4水轮机空化在线监测技术

在水轮机被破坏之后容易出现空化现象，这就会对水轮机原有的能量特性造成影响，表现出出力和运行效率的降低，同时水轮机的水压脉冲相应增加，振动加剧。如果出现泥沙磨损问题还会导致机组运行稳定性的降低，因此需要投入更多资金开展设备维修工作。这就需要深入研究水轮空化现象的产生原理和条件，通过在线监测技术的应用加以预防和控制。

3.5绝缘局放监测技术

水电机组运行中电气方面的故障概率较高，尤其是局部放电故障为主，也就是在水轮机的定子绕组绝缘层位置发生了非贯穿性放电现象。通过现代化脉冲电流监测技术的应用，可以在线监测水轮发电机定子绕组的运行情况，及时发现电路击穿等绝缘局放现象，防止出现更为严重的事故及后果，保护水电机组以及作业人员的安全。

3.6主变压器油气监测技术

绝缘受潮、放电性故障和过热性故障是主变压器运行中的常见故障类型，针对其中的变压器油，可以采取色谱分析方法对其中的气体开展色谱分析，有助于发现其内部的潜在故障。通过此种监测技术，主要是监测变压器设备油中溶解的气体含量和增长率，然后基于故障诊断系统来预报故障隐患信息，提前发现故障隐患信息，避免出现更为严重的事故。

4常见的水电机组故障诊断技术及应用

4.1新型信号分析技术

在对水电机组运行振动信号进行监测时，由于振动信号随着时间而动态变化，如果不能有效分析和处理这些振动信号则难以提取有价值的故障特征，无法准确判断机组运行状态。这就可以通过小波分析技术的应用来对随机信号进行处理，准确获得故障特征和机组运行状态。

4.2全息谱分解技术

此技术的应用可以对相位信息进行准确分析，也就是对两个相互垂直的信号进行分析，结合频谱分析结果对轴心轨迹进行分解，提升故障诊断结果的准确性与可靠性。

4.3多传感器信息融合技术

应用此技术时，主要是综合利用专家经验、关系信息、频域数据、传感器时域信息等进行推理，结合模糊理论和人工神经网络等方法的应用，可以对其中无法确定的信息与知识进行直观的表达，综合诊断故障表现和原因。

5结语

目前我国的水电机组装机容量在急剧快速增长，同时在现代科学技术的应用下也推动水电机组整体向智能化和自动化方向发展。面对其中更为复杂、不规则和具有渐变性的各类故障，需要应用先进的状态监测与故障诊断技术，提升水电机组的运行可靠性。

参考文献：

[1]王树新，孟繁欣，王永潭，等.水电机组状态监测与故障诊断技术应用探析[J].科学技术创新，2019，000（034）：P.155-156.

[2]惠宝军.水电机组状态监测与故障诊断技术应用探讨[J].企业科技与发展，2020，No.463（05）：89-90.