机组状态监测与故障诊断系统在永泰抽水蓄能电站的应用

　　跟着科学技术与水电奇迹的快速成长，抽水蓄能发电技术获得迅猛成长。抽水蓄能电站在电力体系中具有削峰填谷、调频调相、启动敏捷、运行机动、靠得住等特色，所承担的机组义务较多，在电力体系中所做出的进献也越来越年夜[1]。为增长机组正常运行和削减装备检修的光阴，当前海内年夜中型水电站正朝向“无人值守”或“少人值守”，装备实现从“按期检修”到“预防性检修”的偏向成长。是以，在抽水蓄能电站树立一套可以或许实现机组的振动、摆度、压力脉动以及发电电念头空气间隙、局部放电等参数的监测与故障诊断体系，对电站的平安稳固运行和预防性检修是具有紧张指示作用的。

　　1 体系构成

　　永泰抽水蓄能电站机组的状况监测与故障诊断体系收集布局如图1所示，主要构成装备有传感器、数据采集单位、收集装备、服务器、体系软件等。体系组成主要分为三层：现地层。数据采集单位、数据采集掩护单位等；电站层。数据服务器、工程师站、收集装备等；集控层。前端装备、监控平台、监控客户端、收集传输、监控中心等部门构成。

　　体系中4台机组各自配备了数据采集站，数据采集站主要有振动、摆度、压力脉动数据采集箱VRS8000V、发电电念头的气隙磁通局放数据采集箱VRS8000G、机组振摆掩护监测装配PMS-300以及传感器电源等辅助装备。传感器将物理旌旗灯号(如振动、摆度、压力脉动、工况参数等)转化为电旌旗灯号，上传至数据采集体系，对原始数据进行特性量提取，将可以或许反映机组运行的特性参数、曲线和图表，经由过程在线监测收集(TCP/IP协定)寄存至状况数据服务器中。

　　关于数据的阐发、治理和存储，状况数据服务器承担主要作用。不仅可以或许对及时数据与汗青数据进行治理和存储，并且还能对分歧特性的数据进行阐发和诊断，同时承担了电站Web服务器与汗青/准及时数据治理平台Ⅱ区接口机(数据终极发送至装备状况评价中心)的数据通讯。

　　Web服务器的主要作用是实现机组状况监测体系与电站临盆治理体系的通讯，便于运行职员的数据阅读与查询。为保证数据的平安传输，在Web服务器与电站临盆治理体系间增设了收集单向隔离装配。同时Web服务器还能与500kV主变压器在线监测装备、GIS(Gas Insulated Substation)气体绝缘变电站的在线监测装备以及500kV电缆在线监测装备进行数据通讯，满意500kV主变压器在线监测装备以DL/T860通讯协定与机组状况监测体系进行数据互换。

　　工程师事情站卖力宣布状况数据服务器中的各类数据及阐发诊断成果，并供现场工程师监测和阐发机组的有关信息；机组状况监测体系能经由过程Web服务器和电力调剂数据网树立与机组长途诊断中心的通讯衔接，实现长途及时监测与阐发诊断功效。

　　2 状况监测

　　2.1 监测点的选择

　　水力机组布局主要由机器、水力和电气三年夜部门构成，机器监测部门主要是对机组机器装备的程度、垂直振动与摆度监测，水力监测部门主要是对机组装备所受水力影响的脉动压力监测，而电气监测部门主要对发电电念头的电气旌旗灯号进行监测[2]。其监测点展现如图1。对付每部门监测点的选择各不雷同，从以下三个方面临检测点进行选择：振动、摆度监测。监测点有发电机上机架与下机架的X、Y、Z向振动、水轮机顶盖与定子机座的X、Y、Z向振动、发电机上、下、水导轴承的X、Y向摆度、发电机定子铁芯振动等；水力监测。主要参量为压力脉动，其测点地位主要有尾水管入口、蜗壳入口、尾水管肘管、导叶与转轮入口间等；电气监测。监测点主要有发电电念头的局部放电、GIS、电缆、主变压器等。

　　2.2 传感器的选择

　　表1 各台机组测点传感器设置装备摆设表 导出到EXCEL

　　测点名称 单机数目 传感器类型 传感器型号 丈量内容

　　年夜轴键相 2 电涡流 DRS-020 转速

　　轴承 2 电涡流 PPT-280 上导X、Y向摆度

　　2 电涡流 PPT-280 下导X、Y向摆度

　　2 电涡流 PPT-280 水导X、Y向摆度

　　年夜轴 1 电涡流 PPT-120 轴向位移

　　上机架 2 低频速率 LVS-101 X、Y向程度振动

　　1 低频速率 LVS-201 Z向振动

　　下机架 2 低频速率 LVS-101 X、Y向程度振动

　　1 低频速率 LVS-201 Z向振动

　　水轮机顶盖 2 低频速率 LVS-101 X、Y向程度振动

　　1 低频速率 LVS-201 Z向振动

　　定子机座 2 低频速率 LVS-101 程度振动

　　1 低频速率 LVS-201 垂直振动

　　定子 6 加快度 PVS-113 铁芯振动

　　蜗壳入口 1 压力脉动 21Y 脉动压力

　　转轮与顶盖间 2 压力脉动 21Y

　　尾水管入口 2 压力脉动 21Y

　　导叶与转轮入口 2 压力脉动 21Y

　　转轮与底环/泄流环间 1 压力脉动 21Y

　　尾水管肘管 2 压力脉动 21Y

　　发电电念头 8 平板电容 AGS系列 气隙监测

　　1 磁通 MFS-202 磁通量监测

　　6 电容耦合 CC16-K 局部放电

　　2.3 旌旗灯号监测

　　传感器将采集旌旗灯号上传至各个子体系中，在子体系进行数据处置，以此提掏出各丈量点的特性参数，实现相关测点的状况监测，由VRS8000监测体系进行状况参数展现，实实际时工况长途监测的目标。分离从机器、水力、电气三个方面展现其监测体系的利用环境。

　　机器监测。主要包括了机组的摆度、振动的及时状况数据，由图2中可看出上、下与水导的X、Y轴摆度以及机架、顶盖X、Y、Z向的振动环境，在监测界面设置了各参量的报警指导灯，当及时值超越设定预警值时，将发出报警旌旗灯号提醒运行职员；水力监测。其脉动压力旌旗灯号测点主要有转轮与顶盖间、尾水管入口、导叶与转轮入口、尾水管肘管、蜗壳入口、转轮与底环/泄流环间等(图3)；电气监测。主要有发电电念头的局部放电、GIS、电缆与主变压器的状况监测。

　　3 体系功效

　　体系功效实现所采纳的是VRS8000体系监测阐发软件VRS8000V/G-M，该软件包括了整个体系的所有监测、阐发与诊断功效。机组状况监测与故障诊断体系的功效主要是保证机组平安、稳固运行以及指示预防性检修机组装备。除体系监测功效的利用，别的功效主要从五方面进行描写。

　　数据阐发。该功效主要是将采集到的及时数据经由过程相关阐发算法进行数据阐发，以曲线与图表的方式进行展现，将机组运行状况信息及时的展示出来[3]，以赞助运行职员阐发机组的运行状态以及发现故障。在永泰抽水蓄能机组的数据阐发办法主要有：时域旌旗灯号、功率谱、轴心轨迹图、极坐标图阐发、多轴心轨迹图、空间轴线、瀑布图阐发、级联图阐发、光阴趋向图阐发等，诸类阐发办法用于机组运行在暂态、稳态与过度过程的状况阐发(图4)。

　　故障报警。在检测旌旗灯号跨越预设值时体系呈现报警提醒，预设值的拔取与机组工况相关。报警功效依据发电耗能、抽水蓄能等及时工况将机组分歧运行状况的负荷、水头以及导叶开度平分为分歧工况，分离设定自力的报警值，将机组的报警旌旗灯号精确反响出来[4]。而且对外输出无源硬接点报警旌旗灯号以便利提醒运行职员。

　　智能诊断。针对付水轮机与发电机的故障工况，该体系提供了可进行主动阐发诊断的专家体系，专门用于机组运行状况的在线智能诊断。故障诊断体系的构成有故障参数目化阐发功效、报警预警平台、主动诊断常识库、在线主动诊断法式、阐发诊断对象和诊断规程等。起首在报警平台可以或许实近况态变化的在线主动捕捉，并将在线主动诊断法式进行触发；然后经由过程自诊断法式可以或许主动提取故障诊断专家库，末了依据主动诊断常识库的诊断规程实现主动诊断，并主动天生诊断申报[5]。

　　数据治理。机组运行的及时数据对付机组运行、状况阐发和故障诊断是极为紧张的，是以树立优越的数据治理体系有益于机组的平安稳固运行。永泰抽水蓄能监测阐发与故障诊断的数据库可实现数据的不间断存储，同时最年夜限度的存储汗青数据4年。对跨越4年的数据，体系可提供数据备份软件进行主动和人工备份，体系存储量可依据硬盘容量进行扩大，同时提供了黑匣子记载功效与机组实验数据的存储功效，确保实验数据的历久保存[6]。

　　状况申报与事故追忆。运行职员可经由过程该体系的状况申报实时、精确的相识机组的运行工况，并能作出快速、正确的操作指令。永泰抽水蓄能电站所采纳的VRS8000机组状况监测及振摆监测体系支撑状况申报的主动制造与天生。状况申报主要反映了机组的动稳态特征与机组装备的及时运行工况，增长运行职员的快速决议计划的效能，削减复杂的状况反省和指令操作。体系的事故追忆功效主要是应用故障录波仪的故障录波文件，将文件解析后获得故障数据。经由过程VRS8000状况监测体系所录制的事故数据，可将其数据用于过后阐发其产生缘故原由，避免事故的再次产生，该功效对付事故靠得住预防有紧张作用。此中所有的主动录波和手动录波都满意高密度数据采集要求。

　　其他功效。除上述功效外，永泰机组状况监测阐发故障诊断体系还具稀有据通讯功效、斗极对时功效等。在体系中的功效实现是基于各部门子体系的状况监测和软件实现，区别在于硬件布局与软件算法的分歧。数据通讯功效具备数据服务器与电站治理信息体系单向通讯与将机组状况监测及振摆监测体系所丈量到的机组状况数据传输至电站临盆治理体系，不仅进步了电站的数据信息治理才能，并且还满意了电站临盆治理体系对通讯接口的软件和硬件要求；体系的斗极对时功效是针对电站内所有装备均采纳尺度时钟。可与监控体系合用斗极卫星接管体系，具备串口、NTP等对时方式，状况监测子站间地对时偏差≤1ms。

　　综上，当前我国水电机组倾向于年夜容量、高水头的成长，使得电力体系综合节制也愈加繁杂。同时抽水蓄能电站机组正由传统的方案检修、按期维护的运维方式逐渐改变为预防性维修，为抽水蓄能电站树立一套状况监测阐发故障诊断体系已成为水利行业的成长所需，其极年夜地低落了机组的运维本钱，进步了电站的主动化治理程度。