论文部分内容阅读
[摘 要]本文首先从水电站机组状态监测、故障诊断及继电保护的内容与任务出发，讨论这几者之间的关系。最后对该水电站机组状态监测与诊断系统进行了简要的分析，并结合水电站机组状态监测与诊断系统中存在的一些问题，提出了几点看法。
[关键词]水电站、继电保护、存在的问题、几点看法
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0028-01
一、状态监测与继电保护的关系
故障预报、故障诊断、状态监测以及微机继电保护几个内容相互比较接近，实际应用中采用的方法也有很多相似之处，一般都要对机组的部分参数进行在线检测和分析，而且其共同目的都是为了确保电力系统及本机组的安全、可靠、经济运行，但是它们又有明显差别。故障预报要求根据故障征兆对可能发生的故障的位置、时间以及以后的发展进行预测。故障诊断则重在对已发生的故障根据其故障特征进行定位和判断。状态监测主要是对设备的运行状况进行记录、分析，为设备维护维修提供决策依据。继电保护则必须根据运行状态对机组已发生的会对机组安全造成重大威胁甚至破坏整个电力系统的故障进行切除。目前，电力系统在逐步开展状态监测与故障诊断的同时，微机保护也得到了很大发展，而它们共同的基础都是对机组运行状况进行实时监控。
二、水电站机组状态监测与诊断系统
该电站装有6台轴流式水轮发电机组，单机容量180 MW工程任务为供水结合发电，并兼有防洪等功能，如果其设备的技术状况不好，可靠性差，检修安排不合理，检修时间长，对电厂本身效益将产生很大的影响。水电站按照“少人职守”的原则进行设计，因此其状态监测系统一定要保证水轮机组的安全可靠运行，担当起比一般的有人值班电站更为重要的任务。
（一）监测项目
水电站机组监测系统的监测内容主要包括全厂性水力监测、机组段测量这两部分。具体讲主要有上、下游水位，毛水头，水轮机净水头，蜗壳进口压力，蜗壳末端压力，充水平压信号，机组过机流量，机组总效率，过机含沙量，尾水管压力脉动，尾水管出口压力，发电机有功、无功功率，发电机电流、电压，顶盖压力真空及止漏环进出口压力，机组冷却水量及水温，机组水平振动（水导轴、上机架、下机架），机组垂直振动（水轮机顶盖、上机架、下机架），摆度（水导处），轴承温度，轴承润滑油温度，油位与油压，水压及水流通断状态等。
（二）监测设备
水电站机组状态监测系统的监测设备主要由传感器（变送器）及各种监测仪表构成。大多数都采用了当前先进的智能仪表。
（1）传感器。主要包括尾水管出口压力变送器（6套14lGP型压力智能变送器，安装于尾水管盘形阀室）；蜗壳进口压力变送器（6套141GP型压力智能变送器，安装于水轮机进入廊道）；尾水管压力脉动变送器（12套141GP型压力智能变送器，互成90？方向安装于盘形阀室）；振动传感器（垂直方向为18套VS-069型速度型振动传感器，安装于水轮机顶盖、上机架、下机架；水平方向为36套VS-068型速度型振动传感器，互成90？方向安装于水导轴承、上机架、下机架）；摆度传感器（12套N-81型一体化电涡流位移传感器，互成90？方向安装于水导轴承）；过机含沙量传感器（6套8840C型泥沙传感器，安装于水轮机进入廊道）等。
（2）监视仪表。系统主要采用以单片机为核心的智能化监视仪表，仪表具有內置数字化调校系统，仪表校验方便，具有量程上、下限设定和零点预置、小数点可移动等功能。主要包括有蜗壳进口压力监视仪表（6台XMZ一3型蜗壳进口压力智能监视仪）；尾水管出口压力监视仪表（6台XMZ-3型尾水管出口压力智能监视仪）；发电机有功功率监视仪表（6台XMZ-3B型发电机有功功率监视仪表）；水轮机效率监视仪表（6台XJ型水轮机效率监视仪表）；尾水管压力脉动监视仪表（6台YMY-2型尾水管压力脉动智能监视仪）；过机含沙量监视仪表（6台NSJ型过机含沙量监视仪表）；振动、摆度采集处理及监视仪表（30台VB-410型机组振动监视仪表，6台VB-430型机组摆度监视仪表）；机组过机流量测量装置和监测仪表（1套超声波测量装置，1台LQJ-2A型过机流量监测仪表）；机组总冷却水量监视仪表（6台LQJ-2A型机组冷却水量监视仪表）；机组快速闸门充水平压仪表（6台XMZ-4型智能差压监视仪）；水轮机净水头监视仪表（6台XJ-1型智能水轮机效率监视仪）等。
三、状态监测与诊断系统存在的问题
从状态监测与诊断系统所担负的任务来看，系统应当完成以下几方面的监测任务：即发电机运行参数、发电机绝缘状态、发电机定子振动、机组冷却状态、水力振动状态、过流部件的运行状态、支架振动、大轴稳定性状态、各导轴承和推力轴承运行状态等。水电站机组状态监测与诊断系统在机组投入运行后已经发挥了巨大的作用，但由上述内容也不难发现，目前这套系统还很不完善，与其所担负的任务相比还有待于进一步的发展。结合运行实际来看，问题主要表现在以下几个方面：
（一）监测的内容和运行状态参数不全面。对相当一部分内容和运行参数还没有进行监测，甚至对一些关键的内容，例如：定子转子气隙监测、定子绝缘监测、定子极频振动监测、发电机转子质量不平衡、汽蚀监测等也还没有开展起来，实际上这些监测内容对于水轮机的安全稳定运行都是非常必要的。
（二）监测点的设置还不完善。例如，#5、#6机组没有尾水管压力脉动传感器，机组上导轴承处没有安装摆度监测传感器等。
（三）各监测内容之间的结合与联系还不够紧密。目前已经开展的各个监测内容之间，由于研制生产单位不同，设备来源复杂，因此状态及参数的监测各行其是，不能进行有效的整合与协作。从而导致各监测内容、监测设备之间的相互独立，一方面造成了部分硬件资源上的重复，另一方面也不能为运行人员提供更为全面和准确的信息。在某种程度上讲，这并不是真正意义上的状态监测“系统”。
（四）目前还不能实现运行状态参数的记录与存贮。准确地记录机组的运行状态参数，特别是发生故障时的状态参数对于正确处理故障、研究分析故障产生原因、机组维修改造有着十分重要的作用，但目前系统还不能存贮这些数据，既给运行维护人员带来了许多困难，也使许多宝贵的数据丢失。
四、水轮机组状态监测与诊断系统的几点看法
针对水电站机组状态监测与诊断系统中存在的问题，笔者认为应从以下几点加以解决。首先，要在现在的基础上逐步完善监测内容，特别是一些可以为机组安全运行提供重要信息的关键性监测内容应当优先和尽快完善。在被监测的参量的选择上，无论数目多少，都应从必要和可能两个方面进行考虑，必要即必须有助于了解机组的运行状态，可能即所选参量应有相应的可靠监测技术。从而将诊断必要性和技术可能性有机结合起来，合理选择机械、电气及冷却系统等方面的性能参数作为监测内容，做到及早准确地发现故障征兆，迅速准
确地识别故障类型，恰当有效地处理故障。其次，要充分利用当前设备，发挥现有设备的能力，真正实现系统各模块之间的有机整合。此外，要进一步开发和充实系统的功能，为运行维护人员提供更多、更方便的分析、处理、诊断功能。但同时也要注意整体规划，分步实施，避免频繁更新升级。
五、结论
（一）水轮机组微机继电保护、在线状态监测与故障诊断之间既有紧密的联系，又有各自不同的特点，应当根据其各自担负任务的不同区别对待，发挥各自的优点。
（二）水电站机组状态监测与诊断系统在保证机组安全运行中发挥了重要作用，但其监测内容项目还需要完善：系统还有必要进行整合，功能还有待进一步充实。
[关键词]水电站、继电保护、存在的问题、几点看法
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0028-01
一、状态监测与继电保护的关系
故障预报、故障诊断、状态监测以及微机继电保护几个内容相互比较接近，实际应用中采用的方法也有很多相似之处，一般都要对机组的部分参数进行在线检测和分析，而且其共同目的都是为了确保电力系统及本机组的安全、可靠、经济运行，但是它们又有明显差别。故障预报要求根据故障征兆对可能发生的故障的位置、时间以及以后的发展进行预测。故障诊断则重在对已发生的故障根据其故障特征进行定位和判断。状态监测主要是对设备的运行状况进行记录、分析，为设备维护维修提供决策依据。继电保护则必须根据运行状态对机组已发生的会对机组安全造成重大威胁甚至破坏整个电力系统的故障进行切除。目前，电力系统在逐步开展状态监测与故障诊断的同时，微机保护也得到了很大发展，而它们共同的基础都是对机组运行状况进行实时监控。
二、水电站机组状态监测与诊断系统
该电站装有6台轴流式水轮发电机组，单机容量180 MW工程任务为供水结合发电，并兼有防洪等功能，如果其设备的技术状况不好，可靠性差，检修安排不合理，检修时间长，对电厂本身效益将产生很大的影响。水电站按照“少人职守”的原则进行设计，因此其状态监测系统一定要保证水轮机组的安全可靠运行，担当起比一般的有人值班电站更为重要的任务。
（一）监测项目
水电站机组监测系统的监测内容主要包括全厂性水力监测、机组段测量这两部分。具体讲主要有上、下游水位，毛水头，水轮机净水头，蜗壳进口压力，蜗壳末端压力，充水平压信号，机组过机流量，机组总效率，过机含沙量，尾水管压力脉动，尾水管出口压力，发电机有功、无功功率，发电机电流、电压，顶盖压力真空及止漏环进出口压力，机组冷却水量及水温，机组水平振动（水导轴、上机架、下机架），机组垂直振动（水轮机顶盖、上机架、下机架），摆度（水导处），轴承温度，轴承润滑油温度，油位与油压，水压及水流通断状态等。
（二）监测设备
水电站机组状态监测系统的监测设备主要由传感器（变送器）及各种监测仪表构成。大多数都采用了当前先进的智能仪表。
（1）传感器。主要包括尾水管出口压力变送器（6套14lGP型压力智能变送器，安装于尾水管盘形阀室）；蜗壳进口压力变送器（6套141GP型压力智能变送器，安装于水轮机进入廊道）；尾水管压力脉动变送器（12套141GP型压力智能变送器，互成90？方向安装于盘形阀室）；振动传感器（垂直方向为18套VS-069型速度型振动传感器，安装于水轮机顶盖、上机架、下机架；水平方向为36套VS-068型速度型振动传感器，互成90？方向安装于水导轴承、上机架、下机架）；摆度传感器（12套N-81型一体化电涡流位移传感器，互成90？方向安装于水导轴承）；过机含沙量传感器（6套8840C型泥沙传感器，安装于水轮机进入廊道）等。
（2）监视仪表。系统主要采用以单片机为核心的智能化监视仪表，仪表具有內置数字化调校系统，仪表校验方便，具有量程上、下限设定和零点预置、小数点可移动等功能。主要包括有蜗壳进口压力监视仪表（6台XMZ一3型蜗壳进口压力智能监视仪）；尾水管出口压力监视仪表（6台XMZ-3型尾水管出口压力智能监视仪）；发电机有功功率监视仪表（6台XMZ-3B型发电机有功功率监视仪表）；水轮机效率监视仪表（6台XJ型水轮机效率监视仪表）；尾水管压力脉动监视仪表（6台YMY-2型尾水管压力脉动智能监视仪）；过机含沙量监视仪表（6台NSJ型过机含沙量监视仪表）；振动、摆度采集处理及监视仪表（30台VB-410型机组振动监视仪表，6台VB-430型机组摆度监视仪表）；机组过机流量测量装置和监测仪表（1套超声波测量装置，1台LQJ-2A型过机流量监测仪表）；机组总冷却水量监视仪表（6台LQJ-2A型机组冷却水量监视仪表）；机组快速闸门充水平压仪表（6台XMZ-4型智能差压监视仪）；水轮机净水头监视仪表（6台XJ-1型智能水轮机效率监视仪）等。
三、状态监测与诊断系统存在的问题
从状态监测与诊断系统所担负的任务来看，系统应当完成以下几方面的监测任务：即发电机运行参数、发电机绝缘状态、发电机定子振动、机组冷却状态、水力振动状态、过流部件的运行状态、支架振动、大轴稳定性状态、各导轴承和推力轴承运行状态等。水电站机组状态监测与诊断系统在机组投入运行后已经发挥了巨大的作用，但由上述内容也不难发现，目前这套系统还很不完善，与其所担负的任务相比还有待于进一步的发展。结合运行实际来看，问题主要表现在以下几个方面：
（一）监测的内容和运行状态参数不全面。对相当一部分内容和运行参数还没有进行监测，甚至对一些关键的内容，例如：定子转子气隙监测、定子绝缘监测、定子极频振动监测、发电机转子质量不平衡、汽蚀监测等也还没有开展起来，实际上这些监测内容对于水轮机的安全稳定运行都是非常必要的。
（二）监测点的设置还不完善。例如，#5、#6机组没有尾水管压力脉动传感器，机组上导轴承处没有安装摆度监测传感器等。
（三）各监测内容之间的结合与联系还不够紧密。目前已经开展的各个监测内容之间，由于研制生产单位不同，设备来源复杂，因此状态及参数的监测各行其是，不能进行有效的整合与协作。从而导致各监测内容、监测设备之间的相互独立，一方面造成了部分硬件资源上的重复，另一方面也不能为运行人员提供更为全面和准确的信息。在某种程度上讲，这并不是真正意义上的状态监测“系统”。
（四）目前还不能实现运行状态参数的记录与存贮。准确地记录机组的运行状态参数，特别是发生故障时的状态参数对于正确处理故障、研究分析故障产生原因、机组维修改造有着十分重要的作用，但目前系统还不能存贮这些数据，既给运行维护人员带来了许多困难，也使许多宝贵的数据丢失。
四、水轮机组状态监测与诊断系统的几点看法
针对水电站机组状态监测与诊断系统中存在的问题，笔者认为应从以下几点加以解决。首先，要在现在的基础上逐步完善监测内容，特别是一些可以为机组安全运行提供重要信息的关键性监测内容应当优先和尽快完善。在被监测的参量的选择上，无论数目多少，都应从必要和可能两个方面进行考虑，必要即必须有助于了解机组的运行状态，可能即所选参量应有相应的可靠监测技术。从而将诊断必要性和技术可能性有机结合起来，合理选择机械、电气及冷却系统等方面的性能参数作为监测内容，做到及早准确地发现故障征兆，迅速准
确地识别故障类型，恰当有效地处理故障。其次，要充分利用当前设备，发挥现有设备的能力，真正实现系统各模块之间的有机整合。此外，要进一步开发和充实系统的功能，为运行维护人员提供更多、更方便的分析、处理、诊断功能。但同时也要注意整体规划，分步实施，避免频繁更新升级。
五、结论
（一）水轮机组微机继电保护、在线状态监测与故障诊断之间既有紧密的联系，又有各自不同的特点，应当根据其各自担负任务的不同区别对待，发挥各自的优点。
（二）水电站机组状态监测与诊断系统在保证机组安全运行中发挥了重要作用，但其监测内容项目还需要完善：系统还有必要进行整合，功能还有待进一步充实。