东风发电厂设备状态监测技术应用及状态检修管理体制研究

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   1　概述
     贵州东风发电厂是乌江流域梯级开发的二级电站，电站设计总装机3×170MW，始建于1987年，三台机组相继于1994年8月至1995年 12月全部建成投产，共有3回220kV出线接入贵州电网。电站以发电为主，兼顾防洪和灌溉，在贵州电网中担任调频和调峰任务。电站机组采用计算机监控系统（LCU）控制，先后在贵州电网电厂计算机监控系统中首家实现远方自动发电控制（AGC）（Automatic  Generator  Control）和远方自动开停机功能。
随着科学技术的发展、设备在线监测技术的日趋成熟和创建一流电厂的需要，对设备开展状态检修已逐步发展成必然趋势。
     2 状态监测基本理论
     2.1 状态监测的基本概念
所谓\"状态监测与故障诊断\"，就是对运行中的设备实施在线监测、实时显示、数据分析，并将数据上网，使得在计算机网络可达到的范围内（包括厂MIS网、计算机监控系统、中试所等），都可有效的对设备运行状态进行系统自动监测分析或人工分析，读取相应的自诊断状态报告，以便尽早发现潜伏性故障，提出预防性措施，避免发生严重事故，保证设备的安全、稳定和经济运行，并以此指导设备检修。
     2.2 水电厂状态监测参数选择
     2.2.1　电气设备监测参数的选择
对于电气设备，可以对主变压器、电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、耦合电容器（OY）、电容式电压互感器（CVT）及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。例如主变压器可以监测局部放电、油中溶解气体（色谱）铁芯接地电流以及高压套管的介损（tgδ）、电流（I）、电容（C）；电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、耦合电容器（OY）、电容式电压互感器（CVT）可监测介损（tgδ）、电流（I）、电容（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。
     2.2.2　发电机电气监测参数的选择
发电机电气监测参数主要包括以下几个方面：
（1）发电机空气间隙监测系统--AGM（Air Gap Monitoring System）；
（2）发电机磁通量（磁极波）监测系统--MFM(Magnetic Flux Monitoring System)；
（3）发电机定子线圈局部放电（绝缘）监测系统--SIM（Stator Insulation Monitoring System)；
（4）发电机转子磁极线圈局部放电（绝缘）监测系统--MIM（Magnetic pole Insulation Monitoring System)；
（5）定子线棒振动监测系统--SBV(Stator Bar Vibration Monitoring System)。
     2.2.3　水轮发电机组运行稳定性监测参数的选择
机组的稳定性监测主要包括以下几个方面：
（1）摆度：主要监测机组运行过程中或各种试验工况下各导轴承及大轴各法兰联接处的摆度；
（2）振动：主要监测机组运行过程中或各种试验工况下各支撑部件或结构部件的振动，如机架、定子铁芯、定子基座、水轮机顶盖等处的振动；
（3）导轴承状态：主要监测润滑油进出口温度、冷却水进出口温度、瓦温、油位、水压等；
（4）推力轴承状态：主要监测油膜厚度、推力瓦氟塑料层的磨损量、抬机量、推力瓦瓦温、润滑油进出口温度、冷却水进出口温度等；
（5）尾水压力及压力脉动：主要监测机组运行过程中尾水压力及压力脉动的大小，借以分析引起机组异常振动的水力参数的大小。
     2.2.4　其他运行参数监测
如机组的流量、效率监测，机组的一般运行参数监测，如机组水头、导叶开度、机组温度、辅助设备参数等等。
     2.3 状态监测的基本原理
针对不同监测参数的特征，选取不同型式的传感器（如测量摆度选用电涡流传感器，振动选用速度或加速度传感器，测空气间隙采用平板电容式传感器等），传感器通过各监测点的位移、电气参量或其他特征值的变化，转换为输入传感器的电信号（0～20mA或±24V）输出，再通过传感器的后置电路将该电信号转换为实际需要得到的监测数值（如振动、摆度幅值（单位：0.01mm），尾水压力及压力脉动（单位：Pa），发电机气隙磁通量（单位：Tesla）等）。系统再将这些数据输入专门的数据采集器，数据采集器对这些数据进行一系列计算和处理，以多种形式（如图表、波形、频域、时域等）传送到数据服务器，数据服务器对这些大量的数据进行自动存储并可通过显示器（LCD）实时显示，工程技术人员可根据需要在LCD上进行各种数据操作，如读取瞬时最大峰峰值、最小峰峰值、平均峰峰值、查看波形图、频率特征等。

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3　状态监测及故障诊断系统的研究及应用
     3.1　系统考察研究及实施原则
贵州东风发电厂从2001年起就开始对全国各水电厂及科研单位开发和应用设备状态监测及故障诊断系统的情况进行考察调研，对国内外水电厂设备状态监测及故障诊断各子系统的技术状况和应用情况有了一个深刻的认识。2002年，东风发电厂开始实施本厂设备状态监测及故障诊断系统，根据前面的经验，我厂制定了状态监测及故障诊断系统的实施原则--"总体规划，分步实施" ，"总体规划"就是在实施前将水电厂一整套完整的系统进行规划；"分步实施"就是根据国内外某一子系统的技术及应用效果的成熟情况，结合生产需要，分步实施，使之能更好的为保证安全生产和指导检修试验服务。
     3.2　系统结构
2003年3月，东风发电厂"发变组状态监测及故障诊断系统"一期工程进行安装、调试和投运，一期工程项目主要包括：状态监测及故障诊断系统的公共部分（三台发变组共用的局域网及三台发变组状态监测及故障诊断系统的相关软件）、一台机组的稳定性监测系统（包括机组结构振动、摆度、尾水压力及压力脉动监测系统）、一台发电机监测系统（包括发电机空气间隙、磁场强度及发电机定子绝缘监测系统）和一台主变的气相色谱监测系统（传感器及数据采集和预处理部分）。系统结构如下图所示。
     3.3　系统应用情况
     3.3.1　目前，稳定性系统数据采集箱（振动、摆度、压力脉动）、发电机监测系统数据采集箱（气隙、磁场、局放）和主变监测系统数据采集箱（油色谱）均已投入运行，并能准确采集有关信号。
     3.3.2　"发变组状态监测及故障诊断系统"数据服务器、WEB服务器、工程师站、通讯服务器和数据采集箱之间的网络调试已经完成，网络通讯正常。
     3.3.3　"发变组状态监测及故障诊断系统"稳定性监测系统、发电机监测系统及主变油色谱在线监测系统的数据采集、存储功能已调试完毕且运行正常。
     3.3.4　系统与我厂计算机监控系统、MIS系统的通讯联调已完成，现该系统能从计算机监控系统中通过网络通讯采集有关机组参数（如机组转速、负荷、水头、流量、导叶开度、机组各部温度等）融入系统中辅之以机组状态分析及数据处理，从我厂MIS系统各终端用户上均可以通过网络通讯的方式访问该系统。
     3.3.5　专家系统软件已安装调试完毕，能对采集到的机组各种状态数据进行自诊断和咨询诊断分析，得出机组的状态性能报告，有关专家系统的知识库还须在今后的运行过程中不断完善和编辑修改。
     3.3.6　该系统已经168小时连续稳定试运行验收合格，运行正常。
     4　状态检修管理体制的研究及应用
     4.1　概述
状态检修（国际上简称CBM：Condition  Based  Maintenance）是目前国际上一种先进的检修管理体制，上世纪90年代后期，国外发电企业状态检修的思想和做法传入我国，部分发电企业也开始研究和试行。其基本思想是：设备尽可能长时间地处于运行状态，只有到设备结构和性能即将破坏的临界状态才停运检修。将以时间为基准的预防性检修检修转换为以状态为基准的响应性状态检修，做到该修才修。其好处一目了然，与传统的计划检修相比，实施状态检修可以延长检修周期，避免不必要的检修和过度检修带来的人力、物力损失和发电损失，增加发电量，降低检修成本和运行成本。
基地                                                            电厂MIS网或电话网络

     4.2　状态检修的定义
设备状态检修是利用监测设备和诊断技术收集和积累设备众多的状态信息，进行系统的趋势分析，科学判断设备有无异常和预知故障，根据设备状态信息分析设备的健康状况，据
此安排检修计划和检修内容的一种检修方式。状态监测众多的状态信息是实施状态检修的基础，对监测信息的收集和科学有效的管理与应用是状态检修得以实现的保证。
     4.3　实施状态检修的基本原则
状态检修作为作为一种先进的检修管理体制，是一项复杂的管理系统工程，国内企业大多数都还处于探索和试行阶段，在这样的条件下推行状态检修，应遵循以下原则：
（1）保证设备安全运行。
设备是基础，设备的安全运行是企业各项生产经营活动得以顺利开展的可靠保证。因此，保证设备安全运行是开展状态检修的首要原则。
（2）统筹规划，分步实施。
实施设备状态检修是对现行检修管理体制的改革，需要长期坚持，不断总结，不断完善，因此，既要有长远规划目标，又要扎实稳妥的分阶段实施。
（3）合理配置状态监测及故障诊断设备。
实施设备状态检修首先要充分利用现有的装备和资源，重视常规的测量工作，根据水电厂的实际情况合理配置先进实用、技术成熟的状态监测和故障诊断设备。
（4）实事求是，一切从实际出发。
由于水电厂的运行条件、机组类型以及在系统中作用的不同，在开展状态检修工作中，要结合实际情况，从实际出发考虑问题。
（5）充分利用国内外科研部门的技术力量。
     4.4　开展状态检修的统筹理论及实际应用
     4.4.1　工作流程
水电厂开展状态检修工作主要由设备（系统）--状态监测--诊断分析并判断决策--检修管理--设备检修评估五个环节组成，并形成有机的闭环系统，如图所示。


                  （水电厂状态检修工作流程图）
     4.4.2　开展状态检修工作的步骤
（1）收集、整理设备信息
设备信息主要有运行数据、常规检测数据、状态监测数据、设备历史数据、同类设备的故障信息和检修经验等。这些信息数据量十分庞大，应充分利用计算机技术对这些数据进行管理，从制度上和技术上保证它们得到有效应用。
（2）分析诊断，提出检修建议报告
依靠工程师和专家来分析决策运行设备的检修项目、检修间隔、检修工期及检修工艺，电厂专业层人员负责汇总机组各类状态信息及相关信号，并结合现场经验进行综合分析，提出机组综合报告和检修建议，提交决策层进行检修决策。
（3）建立计算机检修管理系统（CMMS）
CMMS（Computer  Maitanence  Manage  System）的基本功能包括设备管理、检修过程管理、物资管理、财务管理、人力资源管理等，并且要十分注重把检修工作纳入企业以成本为中心的管理工作中。CMMS不仅是一种进行检修管理的高级工具，更是实现先进管理思想和管理模式的手段。
     5　结语
     开展状态检修可改变原检修方式的盲目、保守、过修、失修和浪费，增强检修管理的科学性，，提高对设备的监测技术水平。特别是针对目前国内大多数水电厂的基地都远离生产现场的现实，可为国家节约大量的人力、物力和财力，降低发电成本，增加发电效益，并将大大提高水电厂的安全经济运行和现代化管理水平，提高工程技术人员运用新技术分析问题、解决问题的能力，水电厂状态检修是水电厂科学技术和管理水平的重大进步，其经济效益和社会综合效益不言而喻。