发电机组在线监测智能诊断系统在梯级流域运行管理的应用

刘立春

（国家能源集团国电枕头坝发电有限公司，四川 乐山 614000）

当前，发电企业迫切需要通过优化生产，结合科学高效的管理手段满足电力生产安全稳定的要求，要实现这一要求，必须保证设备正常运行，提高生产效益，减少不必要的设备维修时间，因此，利用可靠的设备监测手段，提高对设备运行状态的把控，加强设备维护的计划性与针对性，预知性维护的管理模式势在必行。通过设备检测可以发现早期故障征兆，对故障部位、故障程度、发展趋势做出分析判断，在设备性能下降到预设严重程度之前，实行计划性定点维修。本文主要介绍了枕头坝电厂梯级流域运行管理系统。

1 枕头坝水力发电厂发电机组检修管理的现状

枕头坝水力发电厂主要是发电和防洪于一体，电站采用两级堤坝式开发方案，一级装机容量为72万kW，二级装机容量为23万kW，总装机95万kW，多年平均发电量42.52亿kw·h。公司坚持发展高质量、建设高标准、运营高效益、管理高水平的发电厂，以数字化、智能化和精细化运行管理，着力研究并实施最先进的设备管理方案在所属的流域电厂。

水轮发电机组近年的技术发展迅速，从装机容量，到绝缘技术，乃至结构工艺都有很大改进，针对不同设备情况，绝缘、润滑油等材料的不同，必然会要求量身定制的设备维护手段，原有模式的计划性检修手段势有待进一步改革、优化。

基于以上原因，枕头坝电厂在全面提升质量管理的同时，关注发电机组的运行状况参数。枕头坝电厂在原有对振动，摆度，轴向位移，压力脉动在线智能诊断系统基础上，增加了发电机组局部放电在线监测技术应用。通过系统的传感技术、信号检测、信号处理、智能分析等技术，全面、准确地掌握机组运行状况。为电厂的设备状态诊断、运行状态进行实时的人工干预和状态检修提供了有效的数据支撑和技术保障。

2 水轮发电厂在线监测的必要性

一直以来，设备的管理理念都是推行预防、预知性计划检修的模式。同时，随着工业的迅速发展，设备检修的管理已逐步向状态检修演变。状态检修的实质就是：通过先进的技术手段，收集设备现在的各种数据与历史数据进行分析对比，对设备数据预判断，从而决定是否需要合理安排实施停机检修。

状态检修管理理念有效实施的基本要素如下。

（1）加强完善设备的数据管理是实施状态检修的基础。建立完善的基础数据库，加强设备预维护管理，提升设备管理人员工作效率，是实现状态检修的基础。通过发电机组在线监测数据能对水轮发电设备的性能状况有深层次的了解和把握，在设备性能发生变化时能及时进行诊断、处理，根椐预知故障信息合理安排检修项目和检修周期。

（2）实施设备在线监测是实现状态检修的必要条件。水轮发电机组局放在线监测时收集设备运行中的特性参数，通过分析这些特性参数及时掌握设备的性能状态，为安全运行提供数据支撑，实现预知设备异常，根据设备的健康状态来安排检修计划，实施设备检修。

（3）利用设备监测信息，实时、有效地进行故障诊断是状态检修的关键。故障诊断就是通过设备状态的监测信息，在后台对监测的信息进行大规模的计算，将捕捉到的各种参数，依据诊断知识，对设备故障的类型、区域、程度等给出相关故障诊断信息，为设备状态检修提供依据，实现发电设备预维护。

3 水轮发电厂在线监测效果

枕头坝水力发电厂在4F机组安装了在线监测装置（GuardⅡ局放监测主机＋9颗16kV环氧云母耦合电容器，信号传送系统，中文智能分析系统），该装置能针对机组运行状态做出相应的采集和分析，能将发电机定子绕组当前局放的数据客观反映出来。4F的在线监测装置投运后对设备的局部放电情况进行了实时监测，从目前得到的数据分析来看，这两台机组运行状态正常，没出现任何异常情况。枕头坝水力发电厂4F三相在机组投运（2020.6)到(2020.7）期间局放趋势如图1、2、3所示。

图1 A相局放检测结果

3.1 水轮发电厂定子线棒在线监测系统智能诊断

在线监测系统工作站，由数据服务器、WEB服务器、工业交换机等硬件及数据采集软件、数据分析软件及智能监测预警系统等组成。在线监测系统持续深化智能分析模块，构建智能分析模型，辅以大数据诊断，对设备状态监控，从而实现设备预警，故障诊断智能化升级。常见的在线监测故障诊断包括以下几种：

图2 B相局放检测结果

图3 C相局放检测结果

（1）数据对比诊断：将当前在线监测采集数据与历史数据进行对比，通过智能计算数据分析对已呈现的现象进行数据对比诊断。

（2）阀值诊断：依据专业工程师长期积累的经时间考验的数据来设定最大与最小限定值。

（3）故障图形分析诊断 ：故障图形分析是一种图形展示，它把预判设备故障及故障原因以图表方式表现出来，能直观地反映设备故障、故障大致位置等，也能粗步分析故障程度原因。

（4）基于数学模型故障诊断：以系统创建的数学模型为基础，同时，运用传感器、参数模型等辨识方法，然后，基于规定的准则和阈值进行诊断。

3.2 设备状态检修实施意义

首先，提高了设备的可靠性和可用率。由于水电厂发电成本的优势，使当前各水电厂积极追求大幅度提高机组运行小时，尽力压缩电厂对机组的检修时间，从而有可能使发电设备欠维修和可靠性的降低。这种现状迫使各电厂必须改变目前的生产管理思路，在对设备检修的项目安排和时间的组织采用状态检修的管理模式已势在必行。其次，大部分电厂都在尝试实行削减各级检修人员的配备，提高检修人员效率，降低电厂设备检修费用。依托在线监测系统诊断结果，结合设备工程师实际经验对设备结果进行判读。同时，根椐发电企业生产计划安排，对企业的人、财、物等因素进行充分分析，最终做出科学合理的检修决策、制订检修计划，选择最合理的时机实施完成设备检修。设备检修完成后，运用在线监测手段，针对性验证、评价设备检修做出维修是否正确、处理是否有效。

4 结语

目前，国电大渡河流域各级电站的发电设备状态检修工作正在积极稳步完善，将同一电厂不同机组的局放监测数据集成，为各电厂的局放数据平台统一预留可接入大渡河梯级流域运行管理系统的接口，为将来实现智能化、大数据、专家诊断系统提供坚实的基础。枕头坝电厂的状态监测管理手段已经在实际检修计划的制订中起到了非常显著的参考指导效果。可以预见，依据在线监测实现状态检修这一先进的技术和管理体制必将在大渡河流域得到推广和应用，取得令人瞩目的经济效益和社会效益。