水电厂状态检修系统及故障诊断专家系统探讨.doc

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1、水电厂状态检修系统及故障诊断专家系统探讨状态检修和故障诊断系统的开发、研制和现场应用是我国水电站在实现无 人值班(少人值守 )后的又一重大技术和管理改革的发展方向，通过在线检测和数 据的积累分析， 对水电厂设备状态进行全面的评估和故障诊断。 变过去的定期检 修为建立在技术分析基础上的状态检修， 不但能进一步提高水电厂的自动化水平 和企业管理水平， 而且可为水电厂进入电力市场建立必须的决策支持系统打下基 础。本文就宝珠寺水力发电厂开展状态检修工作以来在状态检修和故障诊断系 统的开发、研制和现场应用等方面所作的工作进行一些有益的探讨。1 概述11 电力设备检修观念的演变 一个现代化的发电厂，其发变

2、电设备都是一个庞大复杂的自动化系统，它 的生产状况主要取决于设备的运行状况。 为此发输电设备的管理、 维护、 检修对 于保障电厂的安全运行和系统的稳定可靠都是至关重要的。从 60 年代起，各国 相继制定出比较规范的停电预防性试验标准， 即定期停电施加低于运行电压的试 验电压进行非破坏性试验， 根据相关的标准， 监视和判断设备的状态， 进行有目 的的检修。这就是目前设备检修主要采用的两种方式：事后检修 (BDM Break Down Maintenance) ：即设备故障或破坏后进行 维护检修预防性检修 (PM Preventive Maintenance) 或定期检修 (TBM Time Ba

3、s ed Maintenance) ：即通常所讲的计划检修、定期大、小修，人们通过长期生产 实践，根据统计规律掌握了设备的平均寿命及故障概率而确定的一个适当的小 修、大修周期年限。随着技术的进步， 人们可以在需要检测的部位利用各种先进的传感器技术， 通过各种在线监测仪器， 在设备运行的同时测得该设备的各种数据， 而且是连续、 动态的过程数据，这就是在线 (On Line) 监测。如果将各种在线监测仪器与具有 专家系统 (ExpeSystem) 等智能软件的计算机相连，就构成了一个设备诊断系 统。设备诊断技术 (CDT Condition Diagnostic Technique) 与在线监测是

4、不 同的，它不是单纯的检测技术， 而是要对在线监测采集的各种动态过程的数据做 出分析，从而对设备当前的状态及发展趋势做出判断， 并对设备异常的原因、 程 度做出诊断，提出解决方案、建议，简而言之，设备诊断技术是具有评价和预测 功能的一门综合技术。诊断系统的专家系统通常由三部分组成：即实时数据库、 知识库、控制策略 (或推理 )机。而关键部分是知识库。根据在线监测和设备诊断系统的工作，可以随时掌握设备当时的运行状态及发展趋势， 当认为设备该退出运行进行检修时， 就可合理地安排该设备的检修 时机，没问题就可以一直运行下去， 与原来隔几年定期检修的概念完全不同 一切视设备的真实状态而定。这就给检修工

5、作推出一个全新的形式，人们称之为状态或预测 (估、知 )检修 (CBM Condition Based Maintenance) 。12 状态检修的基础工作 状态检修的基础是：测试技术、仪表分析技术、状态检测技术和设备诊断 技术。开展状态检修必须实现自动化在线监测装置的广泛应用，对设备实施状态 监测，根据监测出来的参数与设备正常运行参数比较所得到的差异情况， 判断将 要发生的故障，监测必须可靠。开展状态检修还必须掌握设备运行规律及对故障机理的深入研究和分析发 电设备长期运行记录是开展状态检修的前期工作，熟悉设备的特性和运行状况， 是开展状态检修的必要条件。13 状态检修的内容 开展状态检修要做

6、如下工作： 首先，要掌握设备设计、制造、安装的有关情况。最好能取得制造厂家关 于效率、功率、汽蚀和稳定性范围的不检修年限保证，并根据 “安装报告 ”和水 轮发电机组安装技术规范 了解安装质量， 掌握设备的原始状况和初始条件。 其 次，重视运行和检修的历史记录数据的分析， 统计主要的运行参数， 这样可以发 现一系列的故障和缺陷。第三，加强对设备的运行状况监测和试验。第四。建立 专家系统。全面、系统、连续的设备状态数据采集是状态检修的依据，准确判断设备 运行状态程度是状态检修的根本。14 状态检修的效益 开展状态检修，其直接经济效益和社会效益是明显的。一是可减少突发性 事故及随之而来的事故后检修，

7、 避免大量的损失。 其二是由于推行状态检修， 使 检修方式合理化，节省了检修费用。当然，要实行状态检修，必须采用设备诊断 技术。配置在线监测及诊断系统所需的设备， 这就需要投资。 但这笔投资是很合 算的。英国有统计数字表明， 为开展状态检修用于诊断系统的投资与获利之比为I: 17, 般在69个月内就可收投资，经济效益十分明显。2 状态检修系统总体设想 状态检修系统是一项高技术、高难度的复杂系统工程，涉及技术、管理、体制、制度、观念以及资金等方面。这需要发动各方面的力量为之共同努力。根 据状态检修的现状，针对水电厂的实际情况，我认为应有如下考虑:21 选取合适的参数进行监测 要进行状态检修，必须

8、掌握设备的当前状态。应针对每种设备选取反映设 备健康状况的、易于监测的特征参数。这样，状态检修系统实施简单并且有效。设备的状态除了可通过在线监测获得， 也可通过观查获得。 总之，要通过各种方 法获得设备的状态。22 首先应用成熟的监测手段， 对于不成熟的监测方法， 先在实验室中试运行， 成熟后再用于现场即监测方法成熟一个应用一个， 这样可保证状态检修系统功能 上稳定、可靠的运行，使检修系统真正能发挥作用。23 状态检修系统应分阶段进行状态检修系统是一个庞大的系统，应将该系统 分成几个子系统。 针对每个子系统再提出实施方案。 我们将状态检修系统分为电 气部分、机械部分、系统部分。各部分的实施应遵

9、循两条原则：成熟一个应用一 个；并且要分步实施。如电气部分，开始仅对几组PT 、CT 等进行监测，一旦监测方法可行， 再对剩下的设备开展监测。 这样可以减少一次性投资， 同时可避 免浪费投资。24 状态检修是一项系统工程，它不仅仅涉及到技术方面，同时与管理有很大 的关系。如果管理跟不上，技术再先进，状态检修系统也只是一个空壳，不能真 正发挥其作用。所以，状态检修要加强管理。3 状态检修系统技术方案31 状态检修参数的选择 要实行状态检修，就必须掌握设备的状态。设备的状态通过其特性参数表 现出来。我们要针对不同的设备，选取最能反映其运行状态的参数进行监测。 3、11 电气设备参数的选择对于电气设

10、备，目前基本上可以对主变压器、电压互感器 （PT） 、电流互感 器（CT）、耦合电容器（0Y）、电容式电压互感器（CVT）、交联聚乙烯电缆等电容型 设备和氧化锌避雷器等大多数设备的运行状态实现在线监测与诊断。电容型电气设备中，主变可监测局部放电、油中溶解气体 （色谱）、铁芯接 地电流以及高压套管的tg6、I、C,其他设备可监测tg8、I、C。氧化锌避雷器 主要监测泄漏电流、阻性电流、基波电流和功耗等。断路器可监测刚分、刚合速 度、分合闸电压及拉杆泄漏电流。 此外,对一个变电站还常监测污秽绝缘子的泄 漏电流以及温度、湿度等气象信息、母线三相电压、电流及不平衡度、谐波等。 312 机械设备参数的选

11、择根据水电机组的实际情况和实时监测技术、故障诊断技术、计算机及网络 技术的发展状况, 我们认为水电机组的故障诊断及状态检修分析系统应该是一个 分布式计算机网络系统, 它由各个实时监测子系统和故障诊断综合分析系统共同 实现。这些子系统应互连为一个统一的计算机网络,以便实现 “分散处理、集中 管理”。为对机组的各个部分的实行实时监测,需要进行的监测项目有：机组的 稳定性监测,包括机组的振动、摆度、压力脉动监测；机组的流量效率监测,包 括机组的效率、流量、机组功率监测；发电机的绝缘监测,监测的是发电机的绝 缘状况；机组的一般运行参数的监测：如机组水头、导叶开度、机组温度、辅助 设备参数等等。32 电

12、气设备的状态监测321 少油式高压电气设备的监测 由于绝缘介质的损耗与 tg8 成正比，而 tg8 的值与绝缘物体的形状和尺寸 大小无关，它是电介质的固有值。因此， tg8 、电容量和绝缘电阻 R 是表征电容 型电气设备绝缘状况的特性参数。 通过监测少油式高压电气设备的介质损耗 tg8 、 泄漏电流I、电容C,可以了解少油式高压电气设备的绝缘状况，为少油式高压 电气设备的状态检修提供依据。传统的西林电桥法，由于需要外加标准电容，已不适合用于在线测量电容性高压电器设备的tg8、C。目前，国内、外使用得较为成熟的在线监测 tg8的 方法为过零相位差法与谐波分析法。目前采用较多的是谐波分析法。322

13、 氧化锌避雷器的监测 由于氧化锌阀片具有良好的非线性特性，因此，用它取代碳化硅阀片制造 的避雷器通流容量大、残压低、响应时间快、无工频续流、不用串联间隙、可以 降低被保护设备的绝缘水平。从保证电力系统安全运行和降低设备造价上看， M OA 确实具有明显的经济效益。但是，因 MOA 无串联间隙，在运行中长期直接 承受电力系统运行电压的作用， 阀片将逐渐产生劣化； 因结构不良导致密封不严， 使阀片在运行中容易受潮； 阀片受潮后泄漏电流增大又会加剧劣化， 从而进一步 导致泄漏电流增大， 泄漏电流中的阻性分量使阀片温度上升， 产生有功损耗， 形 成热崩溃，严重时将导致 MOA 损坏或爆炸。由于避雷器是

14、限制电力系统过电压 的主要设备，因此，国内外从 MOA 投运起都十分重视运行工况的在线 （或带电） 监测。目前国内外采用的测试方法有：三次谐波法、补偿法、监测总泄漏电流、 测阻性电流基波等。323 主变压器的监测主变压器的监测项目主要有： 油中溶解气体的在线监测； 局部放电的监测； 铁芯电流的监测；套管介损值及电容值监测。324 油中溶解气体的在线监测变压器油中气体在线监测装置一般由三部分组成，a油气分离单元；b气体 监测单元； c 微机控制诊断单元。油气分离单元包括不渗透油只渗透各种气体的 透气膜，收集存储渗透气体的测量管和装在变压器本体放油阀上变换气流通过的 阀门以及电动设备。因放油阀通常

15、是在打开位置， 故透气膜常处于渗透气体状态； 用于集存渗透气体的测量管通常与低压测气室相连， 相当于注人色谱柱的样气体 量；阀门的作用是变换气流及进样。气体分离单元中最重要的部件是透气薄膜， 用它来实现油气的自动分离。 气体检测单元包括： 分离混合气体的气体离柱和检 测气体的传感器， 控制气体分离柱工作温度的恒温箱、 载气、 继电器自动控制以 及辅助电路设施。薄膜渗透气体几天后，气室 （连同测量管 ）中的气体与油中的气 体基本达到平衡。 此时打开载气通路， 并转动分离单元的阀门使测量管与通路相接。恒温箱温度控制在50 C ,这样测量管中的气体随载气进人色谱柱， 随后H2、CO、CH 、C：H

16、、C H 、C。 H6 顺序分别接触各种响应的特征传感器， 经前置放大电路放大输出。 微机诊断单元主要由主板、 接口板、 电源部分以及打 印输出、显示输出部分组成， 它的作用是判断、 分析气体检测单元传来的代表特 征气体的电信号并打印出测量数据及故障诊断结果。325 局部放电的监测 变压器局部放电在线监测的方法主要有电流脉冲法、 超声波法、 无线电法。现场主要应用电流脉冲法。 局部放电在试品回路中引起电荷转移将产生高频的电流脉冲信号，传统的 离线检测方法是在试品上并联一标准电容器耦合电流脉冲信号， 在电容器接地端 或试品接地端的串联检 贝0 阻抗上取信号，在线检测时，由于试品带有运行高 压，不能接人标准电容器，同时，几何尺寸大的电容器容易耦合各种干扰信号， 因此，在线检测时主要采用电磁耦合方法， 电磁耦合方法采用的主要传感器是高 频电流互感器和罗戈夫斯基线圈两种。326 铁芯电流的监测 变压器铁芯担负着电一磁一电转换的重要环节，是变压器最重要的部件之 一。变压器在运行中，因铁芯叠装工艺欠佳等原因，极易造成级问短路，而导致 放电过热和多点接地故障， 严重时将损害变压器。 由于变压器铁芯接地电流的大 小随铁芯接地点多少而变化， 因此， 预防维修和预知维修中， 国内外都把铁芯接 地电流作为诊断大型变压器铁芯短路故障的特征量。