水电机组状态监测与故障诊断技术应用探析

摘 要：水电机组在运行的过程中，需要对其运行状态进行监测，在发现故障问题后，要及时进行处理与维修，这样可以有效延长水电机组的使用寿命，可以避免水电机组出现故障问题而造成较大的经济损失。并且随着科技水平的提升，状态监测技术正向着自动化、智能化的方向发展，应用这些先进的技术，可以提高故障检修的效率。文章对水电机组状态监测以及故障诊断技术应用现状进行了介绍，希望对故障检修人员提供一定帮助，促进水电厂更好的发展。

关键词：水电机组；状态监测；故障诊断；技术

水电机组是水电厂的重要组成，其运行状态对水电厂运行的稳定性有着较大的影响，目前我国水电厂的规模越来越大，水电机组的单机容量也在不断加大，这同时也增加了水电机组运行的安全隐患。为了保证水电厂正常运行，必须定期对水电机组进行检修与维护，要采用先进的技术对水电机组状态进行监测，当前自动化监测技术能够在发现水电机组存在故障时自动发出警报，这有助于技术检修人员对设备进行及时维修。当前科技在不断进步，故障诊断技术的准确性也越来越高，这也决定了其在水电机组状态监测中会有更好的应用前景。

1 水电机组故障概述

水电机组是水电厂中常见的设备，这种设备常见的故障主要是振动故障，在运行的过程中，如果出现振动异常现象，则会引起较多的故障问题。通过调查发现，水电机组故障有80%都是由振动引起的。为了有效的解决水电机组故障问题，必须了解水电机组故障的特点，这也是水电厂技术人员重点研究的问题。下面笔者对水电机组状态监测过程中，发现的振动故障特点进行简单的介绍。

1.1 水电机组故障具有复杂性

水电机组是一个复杂的系统，其涉及的内容比较多，比如机械系统、电磁系统以及水力系统等。水电机组在运行的过程中，容易受到机械、电磁以及水力等因素的影响。水电机组出现机械故障的原因很多，比如转动部件不平衡，部件脱落、法兰连接松动等，转动部件异常运动会与固定部件产生较大的摩擦，容易造成部件损坏；在对水电机组进行检修时还发现，导轴承间隙过大也是引起故障的重要原因。水电机组出现水力方面的故障，可能是卡门涡、叶片进口水流冲角过大、尾水管漩涡流等方面引起的故障问题，这些因素会引起高频压力脉动现象，会使水电机组出现异常运行的危险。在电磁方面，发电机定转子间隙不均匀或者转子与磁极线圈匝间短路，都容易引起振动现象。机械、水力以及电磁等因素会引起水电机组单一振动，也会引起耦合振动，三者具有相互影响的关系。所以水电机组振动故障具有复杂性，通过直观判断很难准确的找到故障原因，维修人员必须利用先进的技术，这样才能及时解决故障问题。

1.2 水电机组故障具有渐变性

水电机组出现故障具有动态性，在不同的运行阶段，故障会出现变化。水电机组与水电厂其他旋转设备相比，转速具有较大的差异，水电机组的转速相对比较慢，一般在100-200r/min左右。水电机组的常见故障为振动故障，在水电机组运行的过程中，这一故障具有渐变的特点，这给技术维修人员也带来了较大的挑战，必须针对水电机组耗损故障找出具有针对性的措施。水电机组突发性故障一般比较少，其出现故障的原因一般是由于长期磨损或者疲劳导致的，是长期积累形成的。水电机组部件出现振动故障一般是有空化或者泥沙磨损引起的，并在不断发展的过程中，实现了从量变到质变的转化过程，在解决这一故障问题的过程中，需要利用状态监测以及趋势分析法，要对机组故障征兆进行捕捉。现代化的监测技术可以发出早期警报，这可以对技术维修人员进行提醒，使其做好防范以及处理准备，可以保证水电机组在运行的过程中更加稳定，还要保证故障检修的准确性。

1.3 水电机组故障具有不规则性

水电站建造的地理位置不同，其水质以及地质也会有较大的差异，而且水电站设计也会对水电站的运行产生一定的影响。另外，水电站建设还会受到经济技术的影响，所以，不同地区的水电站中水电机组性能也有较大的差距。水电机组运行的过程中，还会受到电网、安装技术、气候等方面的影响，由于这些因素具有不可预见性，所以，水电机组故障具有不规则性。有时一些通用型故障诊断系统无法准确的监测出不规则水电机组故障，这对维修人员的维修技术水平也提出了更高的要求。

2 状态监测技术应用现状

2.1 机组振动稳定性监测技术

水电机组振动稳定性监测通常包括机组的结构振动、主轴摆度、水压脉动等参数。当前，水轮发电机组振动稳定性监测基本原理是：振动监测由振动传感器和监测分析系统组成。传感器负责收集表征机组振动状态的各种非电量特征参数，并转化为可供监测系统使用的电量信号。监测分析系统主要包括数据采集、数据存储与数据分析三大功能，可获取较为全面的振动信息，包括幅值、相位、频率、振动波形、轴心轨迹和振动趋势等，这对于判定振动的起因和进行事故的分析是比较合适的选择。

2.2 机组结构振动监测

通常采用低频振动速度传感器和加速度传感器，主轴摆度监测采用电涡流位移传感器或电容式非接触位移传感器，水压脉动监测采用具有良好动态特性的压力传感器。监测测点根据机组型式和容量，以及现场实际情况选择。一般而言，并不是所有机组都需要对如此众多的状态进行在线监测，绝大多数机组容易产生故障的因素，在机组的安装和运行历史记录中都有反映；为此，可根据机组运行的实际情况选择其中最为主要的状态进行监测和分析。另外为节约成本，对于那些不经常出现故障的项目还可以采用离线检测的方式。

3 水电机组故障诊断技术应用的现状

水电机组在水电厂运行中发挥着重要的作用，利用监测系统以及故障诊断技术，可以保证水电机组更加安全、稳定的运行，可以提高水电厂的经济效益。在监测的过程中，需要对水电机组运行的相关数据进行整理，通过观察曲线变化，可以了解机组部件是否处于正常运行状态。根据主机厂提供的性能参数值和现场运行调试经验，建立各工况下的报警定值和样本数据，自动实时判断机组运行状态，当状态发生变化时，及时发出报警和预警信号，便于值班人员第一时间掌握机组异常信息并采取相应措施。自动生成检修前、后各种状态报告，通过对比历史数据、曲线趋势以评价检修效果；分析瞬态过程和热稳定过程气隙变化数据，指导机组安装和优化设计、辅助分析机组的异常振动和摆度。水电机组机组状态在线监测系统不但可以利用自带的各种分析诊断工具，对机组异常信息进行深入分析，辅助发现异常原因，指导机组检修工作，根据状态在线监测系统可以合理安排机组小修、大修或者扩修。

4 结束语

水电机组状态监测对其运行的稳定性有着一定影响，应用先进的故障诊断技术，可以对早期故障进行报警，可以帮助技术维修人员快速的解决问题。水电机组是水电厂的重要组成部分，所以，水电厂的技术人员需要定期对水电机组进行故障检查，这样可以保证系统运行的安全性，可以避免水电厂因为设备问题出现经济损失。在对水电机组进行故障检修时，也要注意积累经验，这样有助于提高检修的效率。水电厂的发展越来越快，水电机组设备故障诊断的技术水平也越来越高，这可以有效的保证水电机组故障检修的质量。

参考文献

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[2]刘娟，潘罗平，桂中华，等.国内水电机组状态监测和故障诊断技术现状[J].大电机技术，2010（2）.

[3]唐拥军，潘罗平.游程编码压缩技术在水电机组状态监测系统中的应用[J].大电机技术，2010（2）.

作者简介：肖涛（1986-），男，四川眉山人，助理工程师，从事水力发电站运行设备管理工作。