水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

1、水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)    摘要：利用信息技術(shù)實現(xiàn)水電機組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是提高水電廠經(jīng)濟(jì)效益和安全運行的重要技術(shù)保證。本文重點介紹了水電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)及其經(jīng)濟(jì)效益和成功案例。 關(guān)鍵詞：水電機組狀態(tài)監(jiān)測故障診斷效益 1狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的目標(biāo) 利用信息技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，逐步實現(xiàn)中、小水電站從計劃檢修到狀態(tài)檢修，提高其經(jīng)濟(jì)效益和安全性。 2系統(tǒng)必要性 近幾年，隨著大、中、小型水電廠的建設(shè)，水電系統(tǒng)的狀態(tài)檢修工作已越來越受到重視。原國家電力公司在1999年科技發(fā)展規(guī)劃中，明確提到有關(guān)水輪機組的故障監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展計劃。

2、1998年10月，在甘肅省劉家峽水電廠，由中國電力企業(yè)協(xié)會組織召開了"水電機組檢修改革工作會議"，會議通過了我國應(yīng)逐步廢除計劃檢修，盡快實行狀態(tài)檢修的倡議，并提出應(yīng)大力發(fā)展機組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。其倡議有如下幾方面的工程背景： (1)強烈的振動是水輪機組運行中一種常見的故障，其特征不易捕捉，難以鏟除事故隱患，不僅影響水輪機組的正常運行，而且還會降低機組和零部件的使用壽命。 (2)水輪機空蝕是水輪機損傷的主要原因，其損傷程度已成為確定是否進(jìn)行大修的關(guān)鍵參數(shù)，因空蝕將直接降低水輪機機組經(jīng)濟(jì)效益和安全性。 (3)隨著水力發(fā)電機組在整個電網(wǎng)中的比重越來越大，年平均發(fā)電時間延長，檢修時間縮

3、短，一旦因事故停機，造成的經(jīng)濟(jì)損失極為嚴(yán)重。此外，電網(wǎng)調(diào)度中越來越強調(diào)水電機組的調(diào)峰作用，要求充分利用水電廠最大出力。 (4)近年來高水頭、高轉(zhuǎn)速、高效率、大容量的水電機組的設(shè)計實踐中趨向使用高強度的材料，構(gòu)件更加靈活，剛度的減小和機組尺寸的增加，必然會帶來更多的穩(wěn)定性問題。 (5)無人值班，少人值守，減人增效，降低維修成本，廠網(wǎng)分開等一系列符合市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律的現(xiàn)代管理和維修模式的形成和建立，迫切需要強有力的技術(shù)支持手段。 水電廠機組運行設(shè)備綜合監(jiān)測、分析、診斷一直是水電廠期待解決的問題。計算機測控技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程通信技術(shù)(internet/intranet)的發(fā)展，為狀態(tài)監(jiān)測與診斷

4、技術(shù)的實現(xiàn)提供了廣闊的技術(shù)空間。通過在水電廠水輪發(fā)電機組上建立一套機組狀態(tài)監(jiān)測與跟蹤分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對主機(包括水輪機和發(fā)電機)的在線監(jiān)測、分析與診斷功能，并將數(shù)據(jù)上網(wǎng)，使得在計算機網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到的范圍內(nèi)(包括廠內(nèi)各主管技術(shù)部門、中試所等)，都可有效地對機組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測分析，讀取相應(yīng)的自動診斷狀態(tài)報告，以盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)警，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，保證機組的安全、經(jīng)濟(jì)運行，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時促進(jìn)實施水電廠"無人值班(少人值守)"的管理模式。 3系統(tǒng)簡介 "水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)"利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，綜合mis、scada、計算機監(jiān)

5、控系統(tǒng)等信息和專家知識，進(jìn)行故障分析及診斷(包括數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)方診斷)，實時掌握水輪發(fā)電機組健康狀況，為狀態(tài)檢修提供輔助決策，并實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息共享?？蓪λ啺l(fā)電機組的振動擺度、壓力脈動、能量與空化、機組軸承動負(fù)荷、發(fā)電機空氣間隙、發(fā)電機磁場強度、發(fā)電機局部放電、變壓器油色譜進(jìn)行監(jiān)測與分析，涵蓋水輪機、發(fā)電機、變壓器的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。整個系統(tǒng)基于全開放分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將對運行設(shè)備的監(jiān)測、分析、診斷、維護(hù)和管理有機集成，實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。    圖1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體構(gòu)成圖 通過加氫法、抽提法和合成法可由煤制取液

6、體產(chǎn)品，煤炭液化獲得的潔凈液體燃料可以滿足飛機、坦克、火箭、汽車和多種現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備的動力需求，用于燃燒可以達(dá)到不污染環(huán)境的目的。煤的液化產(chǎn)物燃燒對環(huán)境造成的影響非常輕微，煤直接液化時，煤經(jīng)過加氫反應(yīng)，所有異質(zhì)原子基本被脫除，回收的硫可變成元素硫，氮經(jīng)過水處理可變成氨。煤間接液化時，是由氣化階段的氣體產(chǎn)物轉(zhuǎn)變而來，催化合成過程中排放物不多，未反應(yīng)的尾氣可以在燃燒器中燃燒，排出的廢氣中NOx和硫很少，沒有顆粒物生成。燃料電池是反應(yīng)物燃料與空氣中的氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而獲得電能和熱能的電化學(xué)裝置，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能和低壓直流電能。根據(jù)燃料電池所使用的電解質(zhì)的不同，可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池

7、、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物電解質(zhì)燃料電池和聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。燃料電池具有熱效率高、對系統(tǒng)負(fù)荷變動適應(yīng)力強、燃料來源廣、環(huán)境污染小、不需要大量循環(huán)水、建設(shè)工期短等特點，燃料電池從可能性原理的提出到磷酸型燃料電池兆瓦級產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用，都是根據(jù)實際需要而發(fā)展的。熔融碳酸鹽燃料電池雖然離商業(yè)化階段有一定距離，但由于它與煤氣化能結(jié)合應(yīng)用，其預(yù)計價格低于同規(guī)模的磷酸型燃料電池，因而有望用于主力電站。3潔凈煤技術(shù)在廣東電力工業(yè)中的應(yīng)用   廣東地處我國華南沿海，改革開放以來珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，能源需求急劇增長，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。雖然廣東已大力開發(fā)水電和核電，加大投資開發(fā)

8、西部水電的力度，增架西電東送的輸變電線路，與云南、貴州等西部省份簽訂西電東送的協(xié)議，但在21世紀(jì)初，廣東以燃煤為主的火力發(fā)電的電源結(jié)構(gòu)不可能改變。電力是經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展不可替代的二次能源，大量燃煤對沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)港口城市的污染日趨嚴(yán)重，電力建設(shè)者將面臨解決發(fā)展與環(huán)境矛盾的重要課題。潔凈煤技術(shù)可使煤在燃燒過程中大量減少污染物的產(chǎn)生和排放，同時還可以提高燃燒效率，達(dá)到高效、潔凈、環(huán)保的目的。潔凈煤技術(shù)將在廣東電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展中占據(jù)重要地位。31廣東電力工業(yè)現(xiàn)狀燃煤火電廠是廣東電力的主要電源，每年消耗原煤約23 000 kt，截止2000年8月，燃煤火電廠裝機總?cè)萘窟_(dá)12005 GW，主要電廠煤耗

9、情況如表1。廣東通過多渠道辦電，電力增長速度較快，基本能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。近期由于經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，電源建設(shè)規(guī)劃滯后，經(jīng)濟(jì)增長速度超過電力增長速        度，迫使許多燃煤火電機組超時運行，電網(wǎng)處于缺電局面，部分市（縣）采取了拉閘限電措施。因而在今后的一二十年內(nèi)仍要加快廣東電力工業(yè)的建設(shè)，使電力由基本適應(yīng)型向同步或超前發(fā)展型轉(zhuǎn)變。燃煤火力發(fā)電廠的建設(shè)相對核電和水電來說，具有投資小、見效快的優(yōu)勢，若采用先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，可減輕對環(huán)境的破壞。32潔凈煤發(fā)電技術(shù)在廣東電力工業(yè)的應(yīng)用前景廣東電力工業(yè)緊隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而發(fā)展，發(fā)電燃煤量逐年增長。能

10、源是歷史發(fā)展和社會進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，大量消耗能源的結(jié)果，促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，但同時使環(huán)境付出巨大的代價，大量燃煤燃燒給廣東地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。廣東電力工業(yè)以燃煤火力發(fā)電為主的電源結(jié)構(gòu)，短時期內(nèi)不會改變，因此，為降低污染物的排放，滿足國家環(huán)保要求，應(yīng)該積極采用新的潔凈燃燒技術(shù)，從而提高能源轉(zhuǎn)化效率，降低能源系統(tǒng)成本，提供優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)。近期，廣東省的連州發(fā)電廠、沙角A電廠實施煙氣脫硫工程，茂名熱電廠進(jìn)行把燃油機組改造為燃燒水煤漿機組的技改工程。廣東省正在惠州建設(shè)天然氣發(fā)電廠，深圳能源公司屬下的西部電廠已實現(xiàn)海水脫硫。這些項目的實施都已取得巨大的社會效益，并將獲取顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為最大限度降低環(huán)境污染，廣東省可根據(jù)各電廠的具體情況，在老廠改造、新廠建設(shè)和發(fā)展大機組時盡可能采用潔凈煤發(fā)電技術(shù)。33潔凈煤技術(shù)應(yīng)用保障電力工業(yè)是關(guān)系社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是政策上予以鼓勵和保障的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。潔凈煤發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，是一項造福人類的重大工程項目，社會各