水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

1、水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)    摘要：利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)水電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是提高水電廠經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行的重要技術(shù)保證。本文重點(diǎn)介紹了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)及其經(jīng)濟(jì)效益和成功案例。 關(guān)鍵詞：水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷效益 1狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的目標(biāo) 利用信息技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)中、小水電站從計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修，提高其經(jīng)濟(jì)效益和安全性。 2系統(tǒng)必要性 近幾年，隨著大、中、小型水電廠的建設(shè)，水電系統(tǒng)的狀態(tài)檢修工作已越來(lái)越受到重視。原國(guó)家電力公司在1999年科技發(fā)展規(guī)劃中，明確提到有關(guān)水輪機(jī)組的故障監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃。

2、1998年10月，在甘肅省劉家峽水電廠，由中國(guó)電力企業(yè)協(xié)會(huì)組織召開(kāi)了"水電機(jī)組檢修改革工作會(huì)議"，會(huì)議通過(guò)了我國(guó)應(yīng)逐步廢除計(jì)劃?rùn)z修，盡快實(shí)行狀態(tài)檢修的倡議，并提出應(yīng)大力發(fā)展機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。其倡議有如下幾方面的工程背景： (1)強(qiáng)烈的振動(dòng)是水輪機(jī)組運(yùn)行中一種常見(jiàn)的故障，其特征不易捕捉，難以鏟除事故隱患，不僅影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行，而且還會(huì)降低機(jī)組和零部件的使用壽命。 (2)水輪機(jī)空蝕是水輪機(jī)損傷的主要原因，其損傷程度已成為確定是否進(jìn)行大修的關(guān)鍵參數(shù)，因空蝕將直接降低水輪機(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益和安全性。 (3)隨著水力發(fā)電機(jī)組在整個(gè)電網(wǎng)中的比重越來(lái)越大，年平均發(fā)電時(shí)間延長(zhǎng)，檢修時(shí)間縮

3、短，一旦因事故停機(jī)，造成的經(jīng)濟(jì)損失極為嚴(yán)重。此外，電網(wǎng)調(diào)度中越來(lái)越強(qiáng)調(diào)水電機(jī)組的調(diào)峰作用，要求充分利用水電廠最大出力。 (4)近年來(lái)高水頭、高轉(zhuǎn)速、高效率、大容量的水電機(jī)組的設(shè)計(jì)實(shí)踐中趨向使用高強(qiáng)度的材料，構(gòu)件更加靈活，剛度的減小和機(jī)組尺寸的增加，必然會(huì)帶來(lái)更多的穩(wěn)定性問(wèn)題。 (5)無(wú)人值班，少人值守，減人增效，降低維修成本，廠網(wǎng)分開(kāi)等一系列符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的現(xiàn)代管理和維修模式的形成和建立，迫切需要強(qiáng)有力的技術(shù)支持手段。 水電廠機(jī)組運(yùn)行設(shè)備綜合監(jiān)測(cè)、分析、診斷一直是水電廠期待解決的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程通信技術(shù)(internet/intranet)的發(fā)展，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷

4、技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了廣闊的技術(shù)空間。通過(guò)在水電廠水輪發(fā)電機(jī)組上建立一套機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與跟蹤分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)(包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī))的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、分析與診斷功能，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)(包括廠內(nèi)各主管技術(shù)部門(mén)、中試所等)，都可有效地對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，讀取相應(yīng)的自動(dòng)診斷狀態(tài)報(bào)告，以盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)警，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)促進(jìn)實(shí)施水電廠"無(wú)人值班(少人值守)"的管理模式。 3系統(tǒng)簡(jiǎn)介 "水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)"利用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，綜合mis、scada、計(jì)算機(jī)監(jiān)

5、控系統(tǒng)等信息和專(zhuān)家知識(shí)，進(jìn)行故障分析及診斷(包括數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)方診斷)，實(shí)時(shí)掌握水輪發(fā)電機(jī)組健康狀況，為狀態(tài)檢修提供輔助決策，并實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息共享?？蓪?duì)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)擺度、壓力脈動(dòng)、能量與空化、機(jī)組軸承動(dòng)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)空氣間隙、發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)局部放電、變壓器油色譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，涵蓋水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。整個(gè)系統(tǒng)基于全開(kāi)放分布式在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將對(duì)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)測(cè)、分析、診斷、維護(hù)和管理有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。    圖1狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成圖 通過(guò)加氫法、抽提法和合成法可由煤制取液

6、體產(chǎn)品，煤炭液化獲得的潔凈液體燃料可以滿(mǎn)足飛機(jī)、坦克、火箭、汽車(chē)和多種現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備的動(dòng)力需求，用于燃燒可以達(dá)到不污染環(huán)境的目的。煤的液化產(chǎn)物燃燒對(duì)環(huán)境造成的影響非常輕微，煤直接液化時(shí)，煤經(jīng)過(guò)加氫反應(yīng)，所有異質(zhì)原子基本被脫除，回收的硫可變成元素硫，氮經(jīng)過(guò)水處理可變成氨。煤間接液化時(shí)，是由氣化階段的氣體產(chǎn)物轉(zhuǎn)變而來(lái)，催化合成過(guò)程中排放物不多，未反應(yīng)的尾氣可以在燃燒器中燃燒，排出的廢氣中NOx和硫很少，沒(méi)有顆粒物生成。燃料電池是反應(yīng)物燃料與空氣中的氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而獲得電能和熱能的電化學(xué)裝置，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能和低壓直流電能。根據(jù)燃料電池所使用的電解質(zhì)的不同，可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池

7、、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物電解質(zhì)燃料電池和聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。燃料電池具有熱效率高、對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)力強(qiáng)、燃料來(lái)源廣、環(huán)境污染小、不需要大量循環(huán)水、建設(shè)工期短等特點(diǎn)，燃料電池從可能性原理的提出到磷酸型燃料電池兆瓦級(jí)產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用，都是根據(jù)實(shí)際需要而發(fā)展的。熔融碳酸鹽燃料電池雖然離商業(yè)化階段有一定距離，但由于它與煤氣化能結(jié)合應(yīng)用，其預(yù)計(jì)價(jià)格低于同規(guī)模的磷酸型燃料電池，因而有望用于主力電站。3潔凈煤技術(shù)在廣東電力工業(yè)中的應(yīng)用   廣東地處我國(guó)華南沿海，改革開(kāi)放以來(lái)珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，能源需求急劇增長(zhǎng)，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。雖然廣東已大力開(kāi)發(fā)水電和核電，加大投資開(kāi)發(fā)

8、西部水電的力度，增架西電東送的輸變電線(xiàn)路，與云南、貴州等西部省份簽訂西電東送的協(xié)議，但在21世紀(jì)初，廣東以燃煤為主的火力發(fā)電的電源結(jié)構(gòu)不可能改變。電力是經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展不可替代的二次能源，大量燃煤對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)港口城市的污染日趨嚴(yán)重，電力建設(shè)者將面臨解決發(fā)展與環(huán)境矛盾的重要課題。潔凈煤技術(shù)可使煤在燃燒過(guò)程中大量減少污染物的產(chǎn)生和排放，同時(shí)還可以提高燃燒效率，達(dá)到高效、潔凈、環(huán)保的目的。潔凈煤技術(shù)將在廣東電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展中占據(jù)重要地位。31廣東電力工業(yè)現(xiàn)狀燃煤火電廠是廣東電力的主要電源，每年消耗原煤約23 000 kt，截止2000年8月，燃煤火電廠裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)12005 GW，主要電廠煤耗

9、情況如表1。廣東通過(guò)多渠道辦電，電力增長(zhǎng)速度較快，基本能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。近期由于經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，電源建設(shè)規(guī)劃滯后，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度超過(guò)電力增長(zhǎng)速        度，迫使許多燃煤火電機(jī)組超時(shí)運(yùn)行，電網(wǎng)處于缺電局面，部分市（縣）采取了拉閘限電措施。因而在今后的一二十年內(nèi)仍要加快廣東電力工業(yè)的建設(shè)，使電力由基本適應(yīng)型向同步或超前發(fā)展型轉(zhuǎn)變。燃煤火力發(fā)電廠的建設(shè)相對(duì)核電和水電來(lái)說(shuō)，具有投資小、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)，若采用先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，可減輕對(duì)環(huán)境的破壞。32潔凈煤發(fā)電技術(shù)在廣東電力工業(yè)的應(yīng)用前景廣東電力工業(yè)緊隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而發(fā)展，發(fā)電燃煤量逐年增長(zhǎng)。能

10、源是歷史發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，大量消耗能源的結(jié)果，促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，但同時(shí)使環(huán)境付出巨大的代價(jià)，大量燃煤燃燒給廣東地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。廣東電力工業(yè)以燃煤火力發(fā)電為主的電源結(jié)構(gòu)，短時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，因此，為降低污染物的排放，滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保要求，應(yīng)該積極采用新的潔凈燃燒技術(shù)，從而提高能源轉(zhuǎn)化效率，降低能源系統(tǒng)成本，提供優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)。近期，廣東省的連州發(fā)電廠、沙角A電廠實(shí)施煙氣脫硫工程，茂名熱電廠進(jìn)行把燃油機(jī)組改造為燃燒水煤漿機(jī)組的技改工程。廣東省正在惠州建設(shè)天然氣發(fā)電廠，深圳能源公司屬下的西部電廠已實(shí)現(xiàn)海水脫硫。這些項(xiàng)目的實(shí)施都已取得巨大的社會(huì)效益，并將獲取顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為最大限度降低環(huán)境污染，廣東省可根據(jù)各電廠的具體情況，在老廠改造、新廠建設(shè)和發(fā)展大機(jī)組時(shí)盡可能采用潔凈煤發(fā)電技術(shù)。33潔凈煤技術(shù)應(yīng)用保障電力工業(yè)是關(guān)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是政策上予以鼓勵(lì)和保障的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。潔凈煤發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，是一項(xiàng)造福人類(lèi)的重大工程項(xiàng)目，社會(huì)各