机组状态监测与诊断系统在水电机组的应用

摘要:水口电厂状态监测与诊断分析系统能够对机组运行设备进行全面、实时的在线监测,技术人员可以对机组运行状态进行监测、分析,制作、读取相应的自动诊断状态报告,可对早期设备潜伏性故障提出预警,避免发生严重事故。文章介绍了水口水电厂机组状态监测与诊断系统的结构组成、技术特点及主要功能,并探讨了水轮发电机组的设备状态监测及故障分析手段。

关键词:水电机组;诊断系统;状态监测;数据采集;传感器;局域网

中图分类号:TV737文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0168-02

一、概述

水口水电厂是福建电网的主力电厂,安装7台单机容量为20万千瓦的水轮发电机组,多年平均发电量49.5亿千瓦时,承担电网的调峰、调频及事故备用任务。

水口水电厂安装了一套机组状态监测与诊断系统,该系统基于目前国内先进水平,是一套针对转浆式机组的、以实用性为目的的、功能强大的状态监测、分析与诊断系统。它对机组的稳定性、定转子空气间隙、定子的振动、发电机绝缘、水轮机气蚀等情况进行监测,并通过预警、报警等技术手段,提前发现设备早期故障,解决机组的运行安全问题,降低现场的故障发生率,并积累相关的运行数据以供分析诊断,找出引发故障的本质原因。

二、机组状态监测与诊断系统的总体结构

该系统采用复杂的分布分层双局域网结构。系统由状态监测局域网和电厂局域网两套局域网组成。从信号的角度看,系统由传感器层、信号采集与预处理层、服务器层、BS浏览器终端、远方运行分析中心五层结构组成。

1.传感器和变送器:将机组各部件采集的各种物理信号转化为电信号。

2.信号采集及预处理系统:采集传感器和变送器信号,将这些信号采集和处理,得到反映机组运行状态的各种特征参数、曲线、图表等;其中主变在线监测系统和#1机组局放监测装置通过485通讯接入#1机组状态监测装置,机组流量监测装置和#3机组局放监测装置通过485通讯接入#3机组状态监测装置。

3.状态数据服务器:接受信号采集及预处理系统的数据,自动运行分析和诊断软件,定期提供状态检查日志、状态发展趋势、自动状态报告,自动存储有故障时的监测数据等。数据服务器中的数据、分析结果、诊断结果,包括与本地或远程的监测、分析、诊断、维护工作站的交互,定期向远程发送日志、趋势以及有故障的实时数据等,并提供状态数据查询服务。

4.由于电厂状态监测内容较多,数据通信容量较大,故建立独立的状态监测与诊断系统的TCP/IP局域网,与电厂的MIS局域网分开,以保证状态监测的实时性,避免两个系统之间的通信干扰。同时又通过Web服务器将两个网络连接起来,使MIS用户可以用浏览器方式有效地对机组状态进行监测分析和诊断,(2008年奥运至今,根据国网公司二次系统安全防护规定,暂时将WEB服务器与电厂MIS局域网断开、镜像服务器与外网断开)。

5.状态监测系统与发电监控系统、水情测报系统的数据传递通过一台数据转换器及一台物理单向隔离装置来实现。该转换器一方面完成各系统之间的数据通信协议的转换,另一方面可以保障各系统的安全性不受影响。

6.工程师工作站用于完成状态监测与诊断系统的配置和维护等工作,也可以用于对离线监测数据的管理和维护。

三、机组状态监测与诊断系统的功能

1.实时状态监测功能。对机组实时的电气、机械、水力性能状态进行在线监测,通过通讯接收主变压器监测信号、水位信号、机组温度信号等。

2.故障预警功能。跟踪趋势变化,发现故障隐患,及时发出预警信号,提示现场人员适时维修,避免事故的进一步扩大。

3.优化运行参数功能。通过对运行数据的分析,掌握不稳定负荷区等危险运行工况,避开危险点运行的优化运行状态。

4.故障现场判断与事故追忆功能。通过分析工具和诊断策略,查找故障原因,为解决故障提供分析诊断咨询意见。通过针对性检修降低检修成本,避免盲目检修造成的经济损失和设备故障。

5.性能评价功能。对机组大修或改造的性能进行评价。

6.使用辅助功能。可进行机组动平衡、盘车、甩负荷、发电机启动等试验辅助功能。

7.远程诊断功能。采用网络技术、设立远程分析诊断工作站,实现远程机组状态监测、分析诊断。使所有联结网络的计算机都可以对机组进行在线监测和分析,降低了技术服务费用,加强了技术交流,做到移动的是数据而不是人。

8.状态报告功能。定期和召唤报告机组状态及趋势、并必要信息。全面了解和掌握机组运行状态、指导检修、优化运行,逐步实现从计划检修向状态检修过渡。

四、现地系统信号采集及预处理单元

信号采集和预处理单元是一套预处理计算机。它除了包括信号采集、数据通讯、预处理和网络通讯四个模块外,还有一些辅助功能模块,如数据存储等。它可针对各种传感器输出信号进行数字化采集和分析处理,其通道数目,信号类型,采集策略,预处理算法等都可以灵活组态,形成各式各样信号采集和预处理单元。

现地装置包括下列四套子系统,每套均包括一台预处理计算机:机组稳定性状态信号采集与预处理系统;发电机状态信号采集与预处理系统;发电机电气量信号采集与预处理系统;空化噪声气蚀信号采集系统。

1.稳定性状态采集与预处理单元。

2.通过合理的测点布置,对机组的导轴承状态、推力轴承状态、主轴状态以及结构振动、支撑部件寿命损伤进行全面系统的监测。

3.发电机状态采集与预处理单元。实时监测:定、转子空气间隙8点;磁场强度1点,线棒振动,定子线棒振动12路。

4.发电机电气量信号采集与预处理系统。发电机电气监测量:发电机接轴炭刷电压,发电机定子A、B、C相电压,发电机定子A、B、C相电流,系统AB线电压,发电机转子电压,发电机转子电流,转子正极、负极对地电压。各信号采用现场二次PT、CT接入现地采集装置,通过互感器转换成0～5V或0～10mA交流信号输入采集板。

5.压力脉动和空蚀信号采集与预处理单元。通过监测导叶出口压力脉动、尾水管压力脉动、导叶拐臂空蚀信号等,分析诊断水轮机部件的损伤情况,预测部件的寿命和安全状态。

6.局部放电信号采集与预处理装置。通过对发电机定子绕组各相放电量、放电次数和相位进行连续监测,收集局部放电信息,及时发现绝缘故障和隐患,从而进行相应的处理。

7.键相信号。使用电涡流传感器测量键相信号,作为判断机组转速及判定系统相位的关键参数。两个键相信号间的时间间隔即是机组旋转一周所用时间。

8.接收发电监控系统、水情测报系统、机组局放监测装置、主变在线监测系统、机组流量监测系统通讯数据。

五、结语

水口电厂状态监测与诊断分析系统,对机组运行设备进行了全面、实时的在线监测,技术人员可以对机组运行状态进行监测、分析,制作、读取相应的自动诊断状态报告,可对早期设备潜伏性故障提出预警,避免发生严重事故,对机组的安全运行发挥了很好的作用,进一步提高了水口电厂的机组运行水平和设备检修管理水平。

作者简介:吴艺辉(1968-),男,福建顺昌人,福建水口发电有限公司高级技师,研究方向:水电自动装置检修;梁鹏超(1980-),男,福建福州人,福建水口发电有限公司工程师,研究方向:水电自动装置检修;陈兼男(1979-),女,福建福清人,福建水口发电有限公司工程师,研究方向:水电自动装置检修。