東風(fēng)發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

1、東風(fēng)發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用及狀態(tài)檢修管理體制研究馮文貴 黃定奎（貴州東風(fēng)發(fā)電廠）摘要：狀態(tài)檢修是目前國(guó)際上一種先進(jìn)的檢修管理體制，其基本思想是：設(shè)備盡可能長(zhǎng)時(shí)間地處于運(yùn)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(yùn)檢修，將以時(shí)間為基準(zhǔn)的預(yù)防性檢修檢修轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基準(zhǔn)的響應(yīng)性狀態(tài)檢修，做到該修才修。狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)作為狀態(tài)檢修實(shí)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(cè)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(fēng)發(fā)電廠開(kāi)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)施狀態(tài)檢修的成功經(jīng)驗(yàn)和取得的成效。關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)；專家系統(tǒng)；狀態(tài)檢修文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1概述貴州

2、東風(fēng)發(fā)電廠是烏江流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)的二級(jí)電站，電站設(shè)計(jì)總裝機(jī)3×170MW，始建于1987年，三臺(tái)機(jī)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(dān)任調(diào)頻和調(diào)峰任務(wù)。電站機(jī)組采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（LCU）控制，先后在貴州電網(wǎng)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中首家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）（Automatic Generator Control）和遠(yuǎn)方自動(dòng)開(kāi)停機(jī)功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的日趨成熟和創(chuàng)建一流電廠的需要，對(duì)設(shè)備開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修已逐步發(fā)展成必然趨勢(shì)。2狀態(tài)監(jiān)測(cè)基本理論21 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本概念所

3、謂 “狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷” ，就是對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)分析，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，使得在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到的范圍內(nèi)（包括廠MIS網(wǎng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、中試所等），都可有效的對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析或人工分析，讀取相應(yīng)的自診斷狀態(tài)報(bào)告，以便盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)防性措施，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并以此指導(dǎo)設(shè)備檢修。22 水電廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇221 電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇對(duì)于電氣設(shè)備，可以對(duì)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(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)與診斷。例如主

4、變壓器可以監(jiān)測(cè)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(cè)介損（tg）、電流（I）、電容（C）；氧化鋅避雷器主要監(jiān)測(cè)泄漏電流、阻性電流、基波電流和功耗等。222 發(fā)電機(jī)電氣監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇發(fā)電機(jī)電氣監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）發(fā)電機(jī)空氣間隙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)AGM（Air Gap Monitoring System）；（2）發(fā)電機(jī)磁通量（磁極波）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)MFM(Magnetic Flux Monitoring System)；（3）發(fā)電機(jī)定子線圈局部放電（絕

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

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

7、速度傳感器，測(cè)空氣間隙采用平板電容式傳感器等），傳感器通過(guò)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(hào)（020mA或±24V）輸出，再通過(guò)傳感器的后置電路將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際需要得到的監(jiān)測(cè)數(shù)值（如振動(dòng)、擺度幅值（單位：0.01mm），尾水壓力及壓力脈動(dòng)（單位：Pa），發(fā)電機(jī)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計(jì)算和處理，以多種形式（如圖表、波形、頻域、時(shí)域等）傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)這些大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)并可通過(guò)顯示器（LCD）實(shí)時(shí)顯示，工程技術(shù)人員可根據(jù)需要在LCD上進(jìn)行各種數(shù)據(jù)操

8、作，如讀取瞬時(shí)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(cè)及故障診斷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用31 系統(tǒng)考察研究及實(shí)施原則貴州東風(fēng)發(fā)電廠從2001年起就開(kāi)始對(duì)全國(guó)各水電廠及科研單位開(kāi)發(fā)和應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的情況進(jìn)行考察調(diào)研，對(duì)國(guó)內(nèi)外水電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷各子系統(tǒng)的技術(shù)狀況和應(yīng)用情況有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。2002年，東風(fēng)發(fā)電廠開(kāi)始實(shí)施本廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)前面的經(jīng)驗(yàn)，我廠制定了狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)施原則“總體規(guī)劃，分步實(shí)施” ，“總體規(guī)劃”就是在實(shí)施前將水電廠一整套完整的系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃；“分步實(shí)施”就是根據(jù)國(guó)內(nèi)外某一子系統(tǒng)的技術(shù)及應(yīng)用效果的成熟情

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

10、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)”進(jìn)行安裝并與一期工程的公共部分（三臺(tái)發(fā)變組共用的局域網(wǎng)及三臺(tái)發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的相關(guān)軟件）進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試投運(yùn)，二期工程包括2#水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括機(jī)組結(jié)構(gòu)振動(dòng)、擺度、尾水壓力及壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）、2#發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括發(fā)電機(jī)空氣間隙、磁場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 33 系統(tǒng)應(yīng)用情況331目前，穩(wěn)定性系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)）、發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（氣隙、磁場(chǎng)、局放）和主變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（油色譜）均已投入運(yùn)行，并能準(zhǔn)確采集有關(guān)信號(hào)。332“發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)及故障診斷系統(tǒng)”穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)功能已調(diào)試完畢且運(yùn)行正常。334系統(tǒng)與我廠計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊采集有關(guān)機(jī)組參數(shù)（如機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、水頭、流量、導(dǎo)葉開(kāi)度、機(jī)組各部溫度等）融入系統(tǒng)中輔之以機(jī)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(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊的方式訪問(wèn)該系統(tǒng)。335專家系統(tǒng)軟件已安裝調(diào)試完畢，能對(duì)采集到的機(jī)組各種狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行自診斷和咨詢?cè)\斷分析，得出機(jī)組的狀態(tài)性能報(bào)告，有關(guān)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)還

12、須在今后的運(yùn)行過(guò)程中不斷完善和編輯修改。336一期、二期工程均經(jīng)過(guò)初步性能驗(yàn)收合格，運(yùn)行正常。4狀態(tài)檢修管理體制的研究及應(yīng)用41 概述狀態(tài)檢修（國(guó)際上簡(jiǎn)稱CBM：Condition Based Maintenance）是目前國(guó)際上一種先進(jìn)的檢修管理體制，上世紀(jì)90年代后期，國(guó)外發(fā)電企業(yè)狀態(tài)檢修的思想和做法傳入我國(guó)，部分發(fā)電企業(yè)也開(kāi)始研究和試行。其基本思想是：設(shè)備盡可能長(zhǎng)時(shí)間地處于運(yùn)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(yùn)檢修。將以時(shí)間為基準(zhǔn)的預(yù)防性檢修檢修轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基準(zhǔn)的響應(yīng)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(jì)劃?rùn)z修相比，實(shí)施狀態(tài)檢修可以延長(zhǎng)檢修周期，避免不必要

13、的檢修和過(guò)度檢修帶來(lái)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(yùn)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(cè)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(jìn)行系統(tǒng)的趨勢(shì)分析，科學(xué)判斷設(shè)備有無(wú)異常和預(yù)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(jì)劃和檢修內(nèi)容的一種檢修方式。狀態(tài)監(jiān)測(cè)眾多的狀態(tài)信息是實(shí)施狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，對(duì)監(jiān)測(cè)信息的收集和科學(xué)有效的管理與應(yīng)用是狀態(tài)檢修得以實(shí)現(xiàn)的保證。43 實(shí)施狀態(tài)檢修的基本原則狀態(tài)檢修作為作為一種先進(jìn)的檢修管理體制，是一項(xiàng)復(fù)雜的管理系統(tǒng)工程，國(guó)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(yīng)遵循以下原則：（1）保證設(shè)備安

14、全運(yùn)行。設(shè)備是基礎(chǔ)，設(shè)備的安全運(yùn)行是企業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)得以順利開(kāi)展的可靠保證。因此，保證設(shè)備安全運(yùn)行是開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修的首要原則。（2）統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施。實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修是對(duì)現(xiàn)行檢修管理體制的改革，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持，不斷總結(jié)，不斷完善，因此，既要有長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃目標(biāo)，又要扎實(shí)穩(wěn)妥的分階段實(shí)施。（3）合理配置狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷設(shè)備。實(shí)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(cè)量工作，根據(jù)水電廠的實(shí)際情況合理配置先進(jìn)實(shí)用、技術(shù)成熟的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷設(shè)備。（4）實(shí)事求是，一切從實(shí)際出發(fā)。由于水電廠的運(yùn)行條件、機(jī)組類型以及在系統(tǒng)中作用的不同，在開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修工作中，要結(jié)合實(shí)際情況，從實(shí)際出發(fā)考慮

15、問(wèn)題。 基地 電廠MIS網(wǎng)或電話網(wǎng)絡(luò) 工程師 工作站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)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(kuò)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(jī)組#2機(jī)組圖1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖空氣間隙磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)采 集箱2 壓力脈動(dòng)擺度振動(dòng)數(shù)據(jù)采 集箱1 壓力脈動(dòng)擺度振動(dòng)數(shù)據(jù)采 集箱1 空氣間隙磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)采 集箱2 （5）充分利用國(guó)內(nèi)外科研部門的技術(shù)力量。44 開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修的統(tǒng)籌理論及實(shí)際應(yīng)用441 工作流程水電廠開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修工作主要由設(shè)備（系統(tǒng)）狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷分析并判斷決策檢修管理設(shè)備檢修評(píng)估五個(gè)環(huán)節(jié)組成，并形成有機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。442 開(kāi)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(yùn)行數(shù)據(jù)、常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(yàn)等。這些信息數(shù)據(jù)量十分龐大，應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，從制度上和技術(shù)上保證它們得到有效應(yīng)用。狀態(tài)監(jiān)測(cè)（包括在線和離線監(jiān)測(cè)）設(shè)備（或系統(tǒng)）診斷分析、判斷決策檢修管理改善機(jī)組運(yùn)行條件檢修評(píng)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(bào)告依靠工程師和專家來(lái)分析決策運(yùn)行設(shè)備的檢修項(xiàng)目、檢修間隔、檢修工期及檢修工藝，電廠專業(yè)層人員負(fù)責(zé)匯總機(jī)組各類狀態(tài)信息及相關(guān)信號(hào)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，提出機(jī)組綜合報(bào)告和檢修建議，提交決策層進(jìn)行檢修決策。（3）建立計(jì)算機(jī)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(guò)程管理、物資管理、財(cái)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