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????? 東風(fēng)發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用及狀態(tài)檢修管理體制研究

????? 作者：馮文貴　黃定奎

????? 摘要：本文介紹了水電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本技術(shù)原理，狀態(tài)檢修管理體
制的基本理論，敘述了貴州東風(fēng)發(fā)電廠開(kāi)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)施狀態(tài)檢修的成功經(jīng)驗(yàn)
和取得的成效。

????? 關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)　專家系統(tǒng)　狀態(tài)檢修1 　概述貴州東風(fēng)發(fā)電廠是烏江
流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)的二級(jí)電站，電站設(shè)計(jì)總裝機(jī)3 ×170MW ，始建于1987年，三臺(tái)機(jī)
組相繼于1994年8 月至1995年12月全部建成投產(chǎn)，共有3 回220kV 出線接入貴州
電網(wǎng)。電站以發(fā)電為主，兼顧防洪和灌溉，在貴州電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)頻和調(diào)峰任務(wù)。
電站機(jī)組采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（LCU ）控制，先后在貴州電網(wǎng)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系
統(tǒng)中首家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)發(fā)電控制（AGC ）（Automatic Generator Control ）和
遠(yuǎn)方自動(dòng)開(kāi)停機(jī)功能。

????? 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的日趨成熟和創(chuàng)建一流電廠的需
要，對(duì)設(shè)備開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修已逐步發(fā)展成必然趨勢(shì)。

????? 2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)基本理論2.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本概念所謂" 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷
" ，就是對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)分析，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，
使得在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到的范圍內(nèi)（包括廠MIS 網(wǎng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、中試所等），
都可有效的對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析或人工分析，讀取相應(yīng)的自診
斷狀態(tài)報(bào)告，以便盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)防性措施，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，
保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并以此指導(dǎo)設(shè)備檢修。

????? 2.2 水電廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇2.2.1 　電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇對(duì)于電氣
設(shè)備，可以對(duì)主變壓器、電壓互感器（PT）、電流互感器（CT）、耦合電容器
（OY）、電容式電壓互感器（CVT ）及氧化鋅避雷器等大多數(shù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)
現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)與診斷。例如主變壓器可以監(jiān)測(cè)局部放電、油中溶解氣體（色譜）鐵
芯接地電流以及高壓套管的介損（tgδ）、電流（I ）、電容（C ）；電壓互感
器（PT）、電流互感器（CT）、耦合電容器（OY）、電容式電壓互感器（CVT ）
可監(jiān)測(cè)介損（tgδ）、電流（I ）、電容（C ）；氧化鋅避雷器主要監(jiān)測(cè)泄漏電
流、阻性電流、基波電流和功耗等。

????? 2.2.2 　發(fā)電機(jī)電氣監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇發(fā)電機(jī)電氣監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括以下幾
個(gè)方面：（1 ）發(fā)電機(jī)空氣間隙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——AGM （Air Gap Monitoring System
）；（2）發(fā)電機(jī)磁通量（磁極波）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——MFM （Magnetic Flux Monitoring
System）；（3 ）發(fā)電機(jī)定子線圈局部放電（絕緣）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——SIM （Stator
Insulation Monitoring System）；（4 ）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈局部放電（絕緣）
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——MIM （Magnetic pole Insulation Monitoring System）；（5 ）
定子線棒振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——SBV （Stator Bar Vibration Monitoring System）。

????? 2.2.3 　水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇機(jī)組的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)主要
包括以下幾個(gè)方面：（1 ）擺度：主要監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中或各種試驗(yàn)工況下各
導(dǎo)軸承及大軸各法蘭聯(lián)接處的擺度；（2 ）振動(dòng)：主要監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中或各
種試驗(yàn)工況下各支撐部件或結(jié)構(gòu)部件的振動(dòng)，如機(jī)架、定子鐵芯、定子基座、水
輪機(jī)頂蓋等處的振動(dòng)；（3 ）導(dǎo)軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油進(jìn)出口溫度、冷卻水
進(jìn)出口溫度、瓦溫、油位、水壓等；（4 ）推力軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測(cè)油膜厚度、
推力瓦氟塑料層的磨損量、抬機(jī)量、推力瓦瓦溫、潤(rùn)滑油進(jìn)出口溫度、冷卻水進(jìn)
出口溫度等；（5 ）尾水壓力及壓力脈動(dòng)：主要監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中尾水壓力及
壓力脈動(dòng)的大小，借以分析引起機(jī)組異常振動(dòng)的水力參數(shù)的大小。

????? 2.2.4 　其他運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)如機(jī)組的流量、效率監(jiān)測(cè)，機(jī)組的一般運(yùn)行參
數(shù)監(jiān)測(cè)，如機(jī)組水頭、導(dǎo)葉開(kāi)度、機(jī)組溫度、輔助設(shè)備參數(shù)等等。

????? 2.3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本原理針對(duì)不同監(jiān)測(cè)參數(shù)的特征，選取不同型式的傳感
器（如測(cè)量擺度選用電渦流傳感器，振動(dòng)選用速度或加速度傳感器，測(cè)空氣間隙
采用平板電容式傳感器等），傳感器通過(guò)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移、電氣參量或其他特征
值的變化，轉(zhuǎn)換為輸入傳感器的電信號(hào)（0 ～20mA或±24V ）輸出，再通過(guò)傳感
器的后置電路將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際需要得到的監(jiān)測(cè)數(shù)值（如振動(dòng)、擺度幅值
（單位：0.01mm），尾水壓力及壓力脈動(dòng)（單位：Pa），發(fā)電機(jī)氣隙磁通量（單
位：Tesla ）等）。系統(tǒng)再將這些數(shù)據(jù)輸入專門的數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對(duì)這
些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計(jì)算和處理，以多種形式（如圖表、波形、頻域、時(shí)域等）傳
送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)這些大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)并可通過(guò)顯示器
（LCD ）實(shí)時(shí)顯示，工程技術(shù)人員可根據(jù)需要在LCD 上進(jìn)行各種數(shù)據(jù)操作，如讀
取瞬時(shí)最大峰峰值、最小峰峰值、平均峰峰值、查看波形圖、頻率特征等。

????? 3 　狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用3.1 　系統(tǒng)考察研究及實(shí)施原
則貴州東風(fēng)發(fā)電廠從2001年起就開(kāi)始對(duì)全國(guó)各水電廠及科研單位開(kāi)發(fā)和應(yīng)用設(shè)備
狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的情況進(jìn)行考察調(diào)研，對(duì)國(guó)內(nèi)外水電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及
故障診斷各子系統(tǒng)的技術(shù)狀況和應(yīng)用情況有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。2002年，東風(fēng)發(fā)
電廠開(kāi)始實(shí)施本廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)前面的經(jīng)驗(yàn)，我廠制定了
狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)施原則——" 總體規(guī)劃，分步實(shí)施" ，" 總體規(guī)劃
" 就是在實(shí)施前將水電廠一整套完整的系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃；" 分步實(shí)施" 就是根據(jù)國(guó)
內(nèi)外某一子系統(tǒng)的技術(shù)及應(yīng)用效果的成熟情況，結(jié)合生產(chǎn)需要，分步實(shí)施，使之
能更好的為保證安全生產(chǎn)和指導(dǎo)檢修試驗(yàn)服務(wù)。

????? 3.2 　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2003年3 月，東風(fēng)發(fā)電廠" 發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系
統(tǒng)" 一期工程進(jìn)行安裝、調(diào)試和投運(yùn)，一期工程項(xiàng)目主要包括：狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障
診斷系統(tǒng)的公共部分（三臺(tái)發(fā)變組共用的局域網(wǎng)及三臺(tái)發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診
斷系統(tǒng)的相關(guān)軟件）、一臺(tái)機(jī)組的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括機(jī)組結(jié)構(gòu)振動(dòng)、擺度、
尾水壓力及壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）、一臺(tái)發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括發(fā)電機(jī)空氣間隙、
磁場(chǎng)強(qiáng)度及發(fā)電機(jī)定子絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）和一臺(tái)主變的氣相色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（傳感器
及數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理部分）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

????? 3.3 　系統(tǒng)應(yīng)用情況3.3.1 　目前，穩(wěn)定性系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（振動(dòng)、擺度、
壓力脈動(dòng)）、發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（氣隙、磁場(chǎng)、局放）和主變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集箱（油色譜）均已投入運(yùn)行，并能準(zhǔn)確采集有關(guān)信號(hào)。

????? 3.3.2 　" 發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)" 數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB 服務(wù)器、
工程師站、通訊服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集箱之間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試已經(jīng)完成，網(wǎng)絡(luò)通訊正常。

????? 3.3.3 　" 發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)" 穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)監(jiān)
測(cè)系統(tǒng)及主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)功能已調(diào)試完畢且運(yùn)行正常。

????? 3.3.4 　系統(tǒng)與我廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、MIS 系統(tǒng)的通訊聯(lián)調(diào)已完成，現(xiàn)該
系統(tǒng)能從計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊采集有關(guān)機(jī)組參數(shù)（如機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、
水頭、流量、導(dǎo)葉開(kāi)度、機(jī)組各部溫度等）融入系統(tǒng)中輔之以機(jī)組狀態(tài)分析及數(shù)
據(jù)處理，從我廠MIS 系統(tǒng)各終端用戶上均可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊的方式訪問(wèn)該系統(tǒng)。

????? 3.3.5 　專家系統(tǒng)軟件已安裝調(diào)試完畢，能對(duì)采集到的機(jī)組各種狀態(tài)數(shù)據(jù)
進(jìn)行自診斷和咨詢?cè)\斷分析，得出機(jī)組的狀態(tài)性能報(bào)告，有關(guān)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)
還須在今后的運(yùn)行過(guò)程中不斷完善和編輯修改。

????? 3.3.6 　該系統(tǒng)已經(jīng)168 小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定試運(yùn)行驗(yàn)收合格，運(yùn)行正常。

????? 4 　狀態(tài)檢修管理體制的研究及應(yīng)用4.1 　概述狀態(tài)檢修（國(guó)際上簡(jiǎn)稱CBM
：Condition Based Maintenance ）是目前國(guó)際上一種先進(jìn)的檢修管理體制，上
世紀(jì)90年代后期，國(guó)外發(fā)電企業(yè)狀態(tài)檢修的思想和做法傳入我國(guó)，部分發(fā)電企業(yè)
也開(kāi)始研究和試行。其基本思想是：設(shè)備盡可能長(zhǎng)時(shí)間地處于運(yùn)行狀態(tài)，只有到
設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能即將破壞的臨界狀態(tài)才停運(yùn)檢修。將以時(shí)間為基準(zhǔn)的預(yù)防性檢修
檢修轉(zhuǎn)換為以狀態(tài)為基準(zhǔn)的響應(yīng)性狀態(tài)檢修，做到該修才修。其好處一目了然，
與傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修相比，實(shí)施狀態(tài)檢修可以延長(zhǎng)檢修周期，避免不必要的檢修和
過(guò)度檢修帶來(lái)的人力、物力損失和發(fā)電損失，增加發(fā)電量，降低檢修成本和運(yùn)行
成本。

????? 基地電廠MIS 網(wǎng)或電話網(wǎng)絡(luò)

????? 4.2 　狀態(tài)檢修的定義設(shè)備狀態(tài)檢修是利用監(jiān)測(cè)設(shè)備和診斷技術(shù)收集和積
累設(shè)備眾多的狀態(tài)信息，進(jìn)行系統(tǒng)的趨勢(shì)分析，科學(xué)判斷設(shè)備有無(wú)異常和預(yù)知故
障，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息分析設(shè)備的健康狀況，據(jù)此安排檢修計(jì)劃和檢修內(nèi)容的一
種檢修方式。狀態(tài)監(jiān)測(cè)眾多的狀態(tài)信息是實(shí)施狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，對(duì)監(jiān)測(cè)信息的收
集和科學(xué)有效的管理與應(yīng)用是狀態(tài)檢修得以實(shí)現(xiàn)的保證。

????? 4.3 　實(shí)施狀態(tài)檢修的基本原則狀態(tài)檢修作為作為一種先進(jìn)的檢修管理體
制，是一項(xiàng)復(fù)雜的管理系統(tǒng)工程，國(guó)內(nèi)企業(yè)大多數(shù)都還處于探索和試行階段，在
這樣的條件下推行狀態(tài)檢修，應(yīng)遵循以下原則：（1 ）保證設(shè)備安全運(yùn)行。

????? 設(shè)備是基礎(chǔ)，設(shè)備的安全運(yùn)行是企業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)得以順利開(kāi)展的可
靠保證。因此，保證設(shè)備安全運(yùn)行是開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修的首要原則。

????? （2 ）統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施。

????? 實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修是對(duì)現(xiàn)行檢修管理體制的改革，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持，不斷總
結(jié)，不斷完善，因此，既要有長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃目標(biāo)，又要扎實(shí)穩(wěn)妥的分階段實(shí)施。

????? （3 ）合理配置狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷設(shè)備。

????? 實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修首先要充分利用現(xiàn)有的裝備和資源，重視常規(guī)的測(cè)量工
作，根據(jù)水電廠的實(shí)際情況合理配置先進(jìn)實(shí)用、技術(shù)成熟的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷
設(shè)備。

????? （4 ）實(shí)事求是，一切從實(shí)際出發(fā)。

????? 由于水電廠的運(yùn)行條件、機(jī)組類型以及在系統(tǒng)中作用的不同，在開(kāi)展?fàn)顟B(tài)
檢修工作中，要結(jié)合實(shí)際情況，從實(shí)際出發(fā)考慮問(wèn)題。

????? （5 ）充分利用國(guó)內(nèi)外科研部門的技術(shù)力量。

????? 4.4 　開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修的統(tǒng)籌理論及實(shí)際應(yīng)用4.4.1 　工作流程水電廠開(kāi)展
狀態(tài)檢修工作主要由設(shè)備（系統(tǒng)）——狀態(tài)監(jiān)測(cè)——診斷分析并判斷決策——檢
修管理——設(shè)備檢修評(píng)估五個(gè)環(huán)節(jié)組成，并形成有機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖所示。

????? （水電廠狀態(tài)檢修工作流程圖）

????? 4.4.2 　開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修工作的步驟（1 ）收集、整理設(shè)備信息設(shè)備信息主
要有運(yùn)行數(shù)據(jù)、常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)備的故障
信息和檢修經(jīng)驗(yàn)等。這些信息數(shù)據(jù)量十分龐大，應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)這些數(shù)
據(jù)進(jìn)行管理，從制度上和技術(shù)上保證它們得到有效應(yīng)用。

????? （2 ）分析診斷，提出檢修建議報(bào)告依靠工程師和專家來(lái)分析決策運(yùn)行設(shè)
備的檢修項(xiàng)目、檢修間隔、檢修工期及檢修工藝，電廠專業(yè)層人員負(fù)責(zé)匯總機(jī)組
各類狀態(tài)信息及相關(guān)信號(hào)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，提出機(jī)組綜合報(bào)告和
檢修建議，提交決策層進(jìn)行檢修決策。

????? （3 ）建立計(jì)算機(jī)檢修管理系統(tǒng)（CMMS）

????? CMMS（Computer Maitanence Manage System ）的基本功能包括設(shè)備管理、
檢修過(guò)程管理、物資管理、財(cái)務(wù)管理、人力資源管理等，并且要十分注重把檢修
工作納入企業(yè)以成本為中心的管理工作中。CMMS不僅是一種進(jìn)行檢修管理的高級(jí)
工具，更是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)管理思想和管理模式的手段。

????? 5 　結(jié)語(yǔ)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修可改變?cè)瓩z修方式的盲目、保守、過(guò)修、失修和浪
費(fèi)，增強(qiáng)檢修管理的科學(xué)性，，提高對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)技術(shù)水平。特別是針對(duì)目前國(guó)
內(nèi)大多數(shù)水電廠的基地都遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)，可為國(guó)家節(jié)約大量的人力、物力
和財(cái)力，降低發(fā)電成本，增加發(fā)電效益，并將大大提高水電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和
現(xiàn)代化管理水平，提高工程技術(shù)人員運(yùn)用新技術(shù)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，水
電廠狀態(tài)檢修是水電廠科學(xué)技術(shù)和管理水平的重大進(jìn)步，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合
效益不言而喻。