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????? 東風發(fā)電廠設備狀態(tài)監(jiān)測技術應用及狀態(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備狀態(tài)監(jiān)測的基本技術原理，狀態(tài)檢修管理體
制的基本理論，敘述了貴州東風發(fā)電廠開展狀態(tài)監(jiān)測，實施狀態(tài)檢修的成功經(jīng)驗
和取得的成效。

????? 關鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測　專家系統(tǒng)　狀態(tài)檢修1 　概述貴州東風發(fā)電廠是烏江
流域梯級開發(fā)的二級電站，電站設計總裝機3 ×170MW ，始建于1987年，三臺機
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)中擔任調(diào)頻和調(diào)峰任務。
電站機組采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)（LCU ）控制，先后在貴州電網(wǎng)電廠計算機監(jiān)控系
統(tǒng)中首家實現(xiàn)遠方自動發(fā)電控制（AGC ）（Automatic Generator Control ）和
遠方自動開停機功能。

????? 隨著科學技術的發(fā)展、設備在線監(jiān)測技術的日趨成熟和創(chuàng)建一流電廠的需
要，對設備開展狀態(tài)檢修已逐步發(fā)展成必然趨勢。

????? 2 狀態(tài)監(jiān)測基本理論2.1 狀態(tài)監(jiān)測的基本概念所謂" 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷
" ，就是對運行中的設備實施在線監(jiān)測、實時顯示、數(shù)據(jù)分析，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，
使得在計算機網(wǎng)絡可達到的范圍內(nèi)（包括廠MIS 網(wǎng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、中試所等），
都可有效的對設備運行狀態(tài)進行系統(tǒng)自動監(jiān)測分析或人工分析，讀取相應的自診
斷狀態(tài)報告，以便盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預防性措施，避免發(fā)生嚴重事故，
保證設備的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，并以此指導設備檢修。

????? 2.2 水電廠狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)選擇2.2.1 　電氣設備監(jiān)測參數(shù)的選擇對于電氣
設備，可以對主變壓器、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)設備的運行狀態(tài)實
現(xiàn)在線監(jiān)測與診斷。例如主變壓器可以監(jiān)測局部放電、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)測介損（tgδ）、電流（I ）、電容（C ）；氧化鋅避雷器主要監(jiān)測泄漏電
流、阻性電流、基波電流和功耗等。

????? 2.2.2 　發(fā)電機電氣監(jiān)測參數(shù)的選擇發(fā)電機電氣監(jiān)測參數(shù)主要包括以下幾
個方面：（1 ）發(fā)電機空氣間隙監(jiān)測系統(tǒng)——AGM （Air Gap Monitoring System
）；（2）發(fā)電機磁通量（磁極波）監(jiān)測系統(tǒng)——MFM （Magnetic Flux Monitoring
System）；（3 ）發(fā)電機定子線圈局部放電（絕緣）監(jiān)測系統(tǒng)——SIM （Stator
Insulation Monitoring System）；（4 ）發(fā)電機轉子磁極線圈局部放電（絕緣）
監(jiān)測系統(tǒng)——MIM （Magnetic pole Insulation Monitoring System）；（5 ）
定子線棒振動監(jiān)測系統(tǒng)——SBV （Stator Bar Vibration Monitoring System）。

????? 2.2.3 　水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性監(jiān)測參數(shù)的選擇機組的穩(wěn)定性監(jiān)測主要
包括以下幾個方面：（1 ）擺度：主要監(jiān)測機組運行過程中或各種試驗工況下各
導軸承及大軸各法蘭聯(lián)接處的擺度；（2 ）振動：主要監(jiān)測機組運行過程中或各
種試驗工況下各支撐部件或結構部件的振動，如機架、定子鐵芯、定子基座、水
輪機頂蓋等處的振動；（3 ）導軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測潤滑油進出口溫度、冷卻水
進出口溫度、瓦溫、油位、水壓等；（4 ）推力軸承狀態(tài)：主要監(jiān)測油膜厚度、
推力瓦氟塑料層的磨損量、抬機量、推力瓦瓦溫、潤滑油進出口溫度、冷卻水進
出口溫度等；（5 ）尾水壓力及壓力脈動：主要監(jiān)測機組運行過程中尾水壓力及
壓力脈動的大小，借以分析引起機組異常振動的水力參數(shù)的大小。

????? 2.2.4 　其他運行參數(shù)監(jiān)測如機組的流量、效率監(jiān)測，機組的一般運行參
數(shù)監(jiān)測，如機組水頭、導葉開度、機組溫度、輔助設備參數(shù)等等。

????? 2.3 狀態(tài)監(jiān)測的基本原理針對不同監(jiān)測參數(shù)的特征，選取不同型式的傳感
器（如測量擺度選用電渦流傳感器，振動選用速度或加速度傳感器，測空氣間隙
采用平板電容式傳感器等），傳感器通過各監(jiān)測點的位移、電氣參量或其他特征
值的變化，轉換為輸入傳感器的電信號（0 ～20mA或±24V ）輸出，再通過傳感
器的后置電路將該電信號轉換為實際需要得到的監(jiān)測數(shù)值（如振動、擺度幅值
（單位：0.01mm），尾水壓力及壓力脈動（單位：Pa），發(fā)電機氣隙磁通量（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)采集器對這
些數(shù)據(jù)進行一系列計算和處理，以多種形式（如圖表、波形、頻域、時域等）傳
送到數(shù)據(jù)服務器，數(shù)據(jù)服務器對這些大量的數(shù)據(jù)進行自動存儲并可通過顯示器
（LCD ）實時顯示，工程技術人員可根據(jù)需要在LCD 上進行各種數(shù)據(jù)操作，如讀
取瞬時最大峰峰值、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)測及故障診斷系統(tǒng)的研究及應用3.1 　系統(tǒng)考察研究及實施原
則貴州東風發(fā)電廠從2001年起就開始對全國各水電廠及科研單位開發(fā)和應用設備
狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的情況進行考察調(diào)研，對國內(nèi)外水電廠設備狀態(tài)監(jiān)測及
故障診斷各子系統(tǒng)的技術狀況和應用情況有了一個深刻的認識。2002年，東風發(fā)
電廠開始實施本廠設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)前面的經(jīng)驗，我廠制定了
狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的實施原則——" 總體規(guī)劃，分步實施" ，" 總體規(guī)劃
" 就是在實施前將水電廠一整套完整的系統(tǒng)進行規(guī)劃；" 分步實施" 就是根據(jù)國
內(nèi)外某一子系統(tǒng)的技術及應用效果的成熟情況，結合生產(chǎn)需要，分步實施，使之
能更好的為保證安全生產(chǎn)和指導檢修試驗服務。

????? 3.2 　系統(tǒng)結構2003年3 月，東風發(fā)電廠" 發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系
統(tǒng)" 一期工程進行安裝、調(diào)試和投運，一期工程項目主要包括：狀態(tài)監(jiān)測及故障
診斷系統(tǒng)的公共部分（三臺發(fā)變組共用的局域網(wǎng)及三臺發(fā)變組狀態(tài)監(jiān)測及故障診
斷系統(tǒng)的相關軟件）、一臺機組的穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)（包括機組結構振動、擺度、
尾水壓力及壓力脈動監(jiān)測系統(tǒng)）、一臺發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)（包括發(fā)電機空氣間隙、
磁場強度及發(fā)電機定子絕緣監(jiān)測系統(tǒng)）和一臺主變的氣相色譜監(jiān)測系統(tǒng)（傳感器
及數(shù)據(jù)采集和預處理部分）。系統(tǒng)結構如下圖所示。

????? 3.3 　系統(tǒng)應用情況3.3.1 　目前，穩(wěn)定性系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（振動、擺度、
壓力脈動）、發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱（氣隙、磁場、局放）和主變監(jiān)測系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集箱（油色譜）均已投入運行，并能準確采集有關信號。

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

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

????? 3.3.4 　系統(tǒng)與我廠計算機監(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)能從計算機監(jiān)控系統(tǒng)中通過網(wǎng)絡通訊采集有關機組參數(shù)（如機組轉速、負荷、
水頭、流量、導葉開度、機組各部溫度等）融入系統(tǒng)中輔之以機組狀態(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網(wǎng)絡通訊的方式訪問該系統(tǒng)。

????? 3.3.5 　專家系統(tǒng)軟件已安裝調(diào)試完畢，能對采集到的機組各種狀態(tài)數(shù)據(jù)
進行自診斷和咨詢診斷分析，得出機組的狀態(tài)性能報告，有關專家系統(tǒng)的知識庫
還須在今后的運行過程中不斷完善和編輯修改。

????? 3.3.6 　該系統(tǒng)已經(jīng)168 小時連續(xù)穩(wěn)定試運行驗收合格，運行正常。

????? 4 　狀態(tài)檢修管理體制的研究及應用4.1 　概述狀態(tài)檢修（國際上簡稱CBM
：Condition Based Maintenance ）是目前國際上一種先進的檢修管理體制，上
世紀90年代后期，國外發(fā)電企業(yè)狀態(tài)檢修的思想和做法傳入我國，部分發(fā)電企業(yè)
也開始研究和試行。其基本思想是：設備盡可能長時間地處于運行狀態(tài)，只有到
設備結構和性能即將破壞的臨界狀態(tài)才停運檢修。將以時間為基準的預防性檢修
檢修轉換為以狀態(tài)為基準的響應性狀態(tài)檢修，做到該修才修。其好處一目了然，
與傳統(tǒng)的計劃檢修相比，實施狀態(tài)檢修可以延長檢修周期，避免不必要的檢修和
過度檢修帶來的人力、物力損失和發(fā)電損失，增加發(fā)電量，降低檢修成本和運行
成本。

????? 基地電廠MIS 網(wǎng)或電話網(wǎng)絡

????? 4.2 　狀態(tài)檢修的定義設備狀態(tài)檢修是利用監(jiān)測設備和診斷技術收集和積
累設備眾多的狀態(tài)信息，進行系統(tǒng)的趨勢分析，科學判斷設備有無異常和預知故
障，根據(jù)設備狀態(tài)信息分析設備的健康狀況，據(jù)此安排檢修計劃和檢修內(nèi)容的一
種檢修方式。狀態(tài)監(jiān)測眾多的狀態(tài)信息是實施狀態(tài)檢修的基礎，對監(jiān)測信息的收
集和科學有效的管理與應用是狀態(tài)檢修得以實現(xiàn)的保證。

????? 4.3 　實施狀態(tài)檢修的基本原則狀態(tài)檢修作為作為一種先進的檢修管理體
制，是一項復雜的管理系統(tǒng)工程，國內(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，應遵循以下原則：（1 ）保證設備安全運行。

????? 設備是基礎，設備的安全運行是企業(yè)各項生產(chǎn)經(jīng)營活動得以順利開展的可
靠保證。因此，保證設備安全運行是開展狀態(tài)檢修的首要原則。

????? （2 ）統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施。

????? 實施設備狀態(tài)檢修是對現(xiàn)行檢修管理體制的改革，需要長期堅持，不斷總
結，不斷完善，因此，既要有長遠規(guī)劃目標，又要扎實穩(wěn)妥的分階段實施。

????? （3 ）合理配置狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷設備。

????? 實施設備狀態(tài)檢修首先要充分利用現(xiàn)有的裝備和資源，重視常規(guī)的測量工
作，根據(jù)水電廠的實際情況合理配置先進實用、技術成熟的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷
設備。

????? （4 ）實事求是，一切從實際出發(fā)。

????? 由于水電廠的運行條件、機組類型以及在系統(tǒng)中作用的不同，在開展狀態(tài)
檢修工作中，要結合實際情況，從實際出發(fā)考慮問題。

????? （5 ）充分利用國內(nèi)外科研部門的技術力量。

????? 4.4 　開展狀態(tài)檢修的統(tǒng)籌理論及實際應用4.4.1 　工作流程水電廠開展
狀態(tài)檢修工作主要由設備（系統(tǒng)）——狀態(tài)監(jiān)測——診斷分析并判斷決策——檢
修管理——設備檢修評估五個環(huán)節(jié)組成，并形成有機的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖所示。

????? （水電廠狀態(tài)檢修工作流程圖）

????? 4.4.2 　開展狀態(tài)檢修工作的步驟（1 ）收集、整理設備信息設備信息主
要有運行數(shù)據(jù)、常規(guī)檢測數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備歷史數(shù)據(jù)、同類設備的故障
信息和檢修經(jīng)驗等。這些信息數(shù)據(jù)量十分龐大，應充分利用計算機技術對這些數(shù)
據(jù)進行管理，從制度上和技術上保證它們得到有效應用。

????? （2 ）分析診斷，提出檢修建議報告依靠工程師和專家來分析決策運行設
備的檢修項目、檢修間隔、檢修工期及檢修工藝，電廠專業(yè)層人員負責匯總機組
各類狀態(tài)信息及相關信號，并結合現(xiàn)場經(jīng)驗進行綜合分析，提出機組綜合報告和
檢修建議，提交決策層進行檢修決策。

????? （3 ）建立計算機檢修管理系統(tǒng)（CMMS）

????? CMMS（Computer Maitanence Manage System ）的基本功能包括設備管理、
檢修過程管理、物資管理、財務管理、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不僅是一種進行檢修管理的高級
工具，更是實現(xiàn)先進管理思想和管理模式的手段。

????? 5 　結語開展狀態(tài)檢修可改變原檢修方式的盲目、保守、過修、失修和浪
費，增強檢修管理的科學性，，提高對設備的監(jiān)測技術水平。特別是針對目前國
內(nèi)大多數(shù)水電廠的基地都遠離生產(chǎn)現(xiàn)場的現(xiàn)實，可為國家節(jié)約大量的人力、物力
和財力，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)濟運行和
現(xiàn)代化管理水平，提高工程技術人員運用新技術分析問題、解決問題的能力，水
電廠狀態(tài)檢修是水電廠科學技術和管理水平的重大進步，其經(jīng)濟效益和社會綜合
效益不言而喻。