水电站水轮机运行设备状态检修研究

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1、水电站水轮机运行设备状态检修研究　　摘要：水轮机是水电机组极为关键的设备，其健康状态将会直接影响整个水电机组的运行状态。本文主要分析了水轮机运行设备状态检修的概念、意义、过程、支持系统和发展方向。关键词：水轮机；状态检修中图分类号：TK73文献标识码：A文章编号：电力能源已成为当今各国经济发展的最重要的制约因素，提高能源利用效率，保护生态环境，不断开发利用新的能源形式，将成为未来电力工业新的发展方向。“大力发展水电，优化发展火电，适当发展核电，积极发展新能源”是目前的电力发展政策。水电是公认的最环保、可重复开发利用的绿色环保能源，目前我国电力紧缺的局面必将使得我国水电事业迅速发

2、展。随着水电设备逐步朝着大型化、高水头方向发展，其结构也越来越复杂，自动化控制程度也越来越高，各子系统间的关系也越来越密切，对机组的安全性、可靠性与经济性提出了更高的要求，开展更为先进的、多方位的水轮机的状态检修技术研究已迫在眉睫。1水轮机运行设备状态检修概述7水轮机是集水、机、油、电、汽于一体的复杂的庞大的非线性动力系统，是水电机组极为关键的设备，其健康状态将会直接影响整个水电机组的运行状态，且已经成为一般水电厂大修周期的决定性因素。早期的水轮机检修体制基本上是事后检修方式（BreakdownMaintenance），该方式是在水轮机发生故障后再进行拆检或更换零部件，检修成本

3、较大。随着流程化工业的推广，开始逐步推行定期预防检修（PreventiveMaintenance），该方式以可靠性为中心制定水轮机的检修周期，但该方法无法解决“维修不足”和“维修过剩”二者之间的矛盾。近年来，随着振动与声测试理论和技术、信号分析与处理技术、计算机技术等发展，出现了更为科学的按水轮机运行状态进行检修的方式，即状态检修（Condition－BasedMaintenance），又称为预知检修（PredictiveMaintenance）。检修的策略是定期地对水轮机状态进行监测，依据监测的结果决定是否对水轮机进行检修。这种检修方式不仅可以发现早期故障，避免恶性事故的发生

4、，还可从根本上解决定期检修中“维修不足”和“维修过剩”的矛盾，但它的前提条件是要对水轮机的运行状态有非常准确的了解。7轮机能量、空化空蚀、振动与稳定性并为水轮机的三大状态监测指标，能量特性关系到对水能的利用程度，空化空蚀关系到机组的效率和使用寿命，而振动与稳定性关系到机组能否安全正常运行。水轮机的大部分关键组件如轮叶、导叶以及转轮体出现的故障现象一般有：叶片松动、裂纹、断裂、空化空蚀以及泥沙磨损等，其中空化空蚀是水轮机运行过程中不可避免的破坏现象，其发生在很大的程度上与水轮机长期偏离其设计工况运行有关。水轮机运行在密闭的蜗壳内，空化空蚀现象不易被直接观察和监测，但其引起的机组振

5、动加强、噪声强度变大、机组功率波动幅度增强等异常特征现象十分明显，尤为振动和噪声特征最为明显，因此水轮机空化空蚀的测试方法以振动法和噪声法为主。2水轮机状态检修过程水轮机的状态检修与故障诊断技术的实质是了解和掌握水轮机在运行过程中的状态，评价、预测水轮机的可靠性，早期发现故障，并对其故障原因、部位、危险程度等进行识别，预报故障的发展趋势，针对具体情况作出检修决策。因此水轮机状态检修与故障诊断技术实际上包含水轮机状态识别及其发展趋势的预测两个方面的内容，具体过程分为：信号测取、特征提取、状态识别和状态分析，见图1.1所示。图1.1水轮机状态监测与故障诊断的过程7特征提取直接关系到

6、故障诊断的确诊率和故障早期预报的可靠性，为保证特征值准确提取，借助于对非平稳、非高斯信号的现代信号处理研究理论，对信号的深度加工中获取更多的特征信息。非平稳信号处理的主要方法是时频分析，包含线性和非线性两种形式，线性时频分析主要包括小波变换、短时Fourier变换、Gabor展开等，是目前机电设备状态检修与故障诊断分析技术的研究热点；而非线性时频分析应用最广泛的是二次双线性时频分布，包括Cohen分布、Wigner-Ville分布、谱图、尺度图等。3水轮机状态检修的支持系统7实施水轮机状态检修与故障诊断需要三大支持系统，即设备状态评价和诊断系统、运行检修决策系统和设备综合管理系

7、统。由于监测、诊断、状态评价技术的不断进步，对于设备状态评价和诊断系统而言，水轮机监测诊断项目可以不断扩大，功能会逐渐增多，实际上是一个“系统群”。水轮机不同的监测诊断系统是在同一个标准下集成，可以共享资源和数据，因此，该系统是一广义的技术系统。而运行检修决策系统和设备综合管理系统属于基础性的管理系统，必须要与各种不同的诊断技术和系统接口，提供先进的决策模型和管理功能。从投入的观点来看，运行检修决策系统和设备综合管理系统的建立的起点和基础较高，要充分利用目前发电厂已经具备的信息管理资源，使一