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湖南凤滩水电站扩机工程机组状态监测系统实用化设计 |
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| 湖南凤滩水电站扩机工程机组状态监测系统实用化设计 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:33:02  |
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湖南凤滩水电厂位于湘西怀化市沅陵县明溪口镇，沅水支流酉水下游，原电站设计装机规模为400MW，安装4台单机容量100MW水轮发电机组，电站在系统中的主要作用是调峰、调频，承担系统事故备用。扩建工程利用原凤滩发电厂的水库拦河坝，在拦河坝右岸山体内设2条引水洞，引水至地下式发电厂房，安装2台单机容量200MW水轮发电机组。电站水头为60.64 m～85.72 m，装机容量为400MW。电站按无人值班(少人值守)设计，扩机机组状态监测系统在满足电站整体设计思想的前提下，充分考虑了现场的实用性，从发现和解决问题的角度出发来进行设计，针对水电机组的特点来进行测点的选择、数据的测量、结果的分析及故障的诊断等。
一、 设计思路
随着各水电站无人值班(少人值守)的进行，对水电机组进行实时在线监测并进而对机组按状态检修的思路也得到越来越多人的认同。但在以何种方式获得或应用状态特征；如何认识和把握状态特征与机械故障的关系；以及在对机组特性未充分认识之前，应如何用好状态监测系统，并正确导出检修结论这三个层面上各种看法有较大的区别。
凤滩扩机机组状态监测系统的设计过程正是在这三个层面上做了具体努力，并结合在其他水电厂的一些实际的经验，从而使系统在对机组实行按状态检修的要求方面更具有实用性。
首先，凤滩电厂建立了一套完全自动化的状态测量及分析系统，该系统能够连续地自动记录状态信息、自动地将状态信息分类、自动实时地进行信号分析(包括时域分析、频谱分析、轴心轨迹分析及轴姿态分析、统计分析等)，从而保证了所获得的第一手状态信息是完全实时的，为及时捕获状态的变化、正确分析机组状态的趋势变化奠定基础。
然后通过实时分析处理软件对状态数据进行了系统的自动化的数据库管理。因为全面描述机组特征的测量量和分析量很多，不利用自动数据管理技术，实际上会无法对状态数据进行选择和分析。例如，引入参照背景量以便使数据具有实际意义上的可比性，否则便会将水轮机的振动区和状态恶化引起的振动混淆不清。此外，数据的比较及样本的替换均是自动进行的。
在指导机组的运行和检修方面，该系统注重故障识别理论与实际相结合并充分重视状态特征数据的趋时变化。鉴于实际识别故障机理的复杂性，系统在初始阶段会以依靠状态特征的变化为基础加上人的经验判断为主，但是由于状态特征具有位置特征及机理特征，对故障的判断具有相当的准确性，即系统在刚投运就可以发现机组故障。在机组运行数据积累到一定的程度后，系统会自动判别相同工况下机组的状态好坏并作出相应的报告，进而指导机组的运行和检修。
二．设计的针对性和系统功能
严格来说，机组状态监测应包括对主机和各种电气及辅助设备的运行状态监测。但是这时系统所涉及的面太宽，有些技术并不十分成熟，从而使得近年设计的一些系统存在调试期过长、部分技术实用性差、整个系统运行一至两年还没有明确的应用效果等缺陷。本系统充分考虑了这种实际情况，所界定的机组状态监测首先是针对很成熟的主机(包括发电机及水轮机)运行状态的监测，其次通过系统的模块化和开放式设计保证完善和升级系统的能力。根据这一设计思想，选用了深圳市洲立达电子技术有限公司的开放式机组状态监测系统YSZJ，取得了：工程施工一月左右系统即投入运行，并成功进行了＃6机开机试验及缺陷处理，完整积累了主机从发电开始的全部状态等良好应用效果。证明了这种设计思想在当前技术条件下的实用性。
主机运行状态包括稳定性及经济性两个方面。稳态性监测关系到机组的安全及经济性能，是机组状态监测的主要方面。影响机组稳定性的因素有很多，其主要因素见下表：
另外发电机运行时所带负荷、功率因数、水头等工况参数对机组的稳定性和经济性都有影响，水轮机气蚀、机组效率也同样影响着机组的稳定性和经济性。基于上述分析，系统实施中强调保证了如下针对性功能：
首先，为了对机组的状态有一个清晰的了解，就需要监测的测点能够全面的反映机组的信息，本次系统设计在测点选择上就综合考虑了机组稳定性和经济性两个方面：设置了大轴摆度、机架振动、定子振动、过流部件振动、水压脉动、转速、水压、效率、机组瞬态开关量等测点，并接入机组运行时的背景量信息，以使系统能够全面反映各个工况下机组的状态。从开机试验的效果来看，测点很全面的描述了主机机械状态，布点合理。
其次，在项目实施过程中，强调结合电厂实际，对仪器的精度、可信度、稳定性、抗干扰、可靠性等方面进行了整体考虑，消除了安装条件带来的不稳定性因素，使仪器能可靠的运行。系统根据水电机组转速低，含有很低的频率分量，以及机组振动随工况变化的复杂性进行了针对性设计，取得了可信的分析结果。
第三，自动化程度高，无需值守人员，所有典型数据（故障态、瞬态、正常稳态）均自动捕获、存储、分析、分类、管理，形成机械状态检修样本数据库，并针对水电机组工况复杂、振动强度变化悬殊的特殊情况，去除不同工况对报警及统计分析结果的影响，提取机组振动区分布及振动发展趋势等重要信息。整个系统操作简单，常用的分析功能实现了“一键”操作，避免了繁复的操作过程。对于日常的振动监测、分析，开停机、事故、甩负荷过程的记录均可自动完成，不需人工干预。系统90%以上功能实现了“免说明书”操作，输出界面实用且易于理解，复杂问题均放在系统后台自动处理，使操作人员摆脱了理解艰深专业知识的困难，保证了系统的充分使用。
第四，系统具有基于故障定位的机组故障诊断功能，提供机械设备状况异常的部位详细数据及恶化水平，为机组检修提供依据或参数，从而逐渐形成实用的电厂机组设备状态检修辅助系统。系统内部模块之间的互连，全部采用标准网络软硬件接口，便于扩展，现场实用性强。
第五，系统在设计中，整合了效率测量问题，对于200MW容量的机组，监测效率有十分明显的经济意义，同时也具备了更全面的检修评价与运行方式安排的参考信息。
第六，系统集成了汽蚀监测及分析模块，通过汽蚀发生时表征的一些现象来评价汽蚀的严重程度，并结合了效率、稳定性、过流部件振动、压力及脉动进行综合观测。
三．结语
凤滩发电厂扩机工程机组状态在线监测系统是凤滩电厂、湖南电力试验研究所、深圳市洲立达电子技术有限公司三方的共同研究成果，2004年4月初开始现场安装，经各参与单位的通力合作，＃6机组状态监测系统于5月初成功投运，顺利完成了＃6机组开机测试、配重试验、试运行测试等任务，从一个侧面充分体现了凤滩扩机工程高效率、高质量的宗旨。
系统设计从发现和解决问题的角度充分考虑了电厂的需要和现场的实际，并借鉴其他电厂的应用经验加以完善，其实用性较强，相信在使用过程中，一定会对机组的检修和运行起到很好的指导作用。当然，该设计肯定也还有不足的地方，希望各位专家能加以指导。
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