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浅析水口水电站设备状态监测与诊断分析系统

加入收藏〗 发布时间:2017-06-06

  1、前 言

  水口水电厂构建的设备状态监测与诊断分析系统(简称“状态监测系统”),以实用性和先进性为基本设计思想,以技术创新为手段,侧重工程实际和降低对使用者的专业能力要求,针对现场需求全新设计了软件模块和用户功能界面。该系统的建立和成功应用,为状态监测行业和水电机组的状态检修工作,提供一个更完善和简捷的实现思路,其强大的网络化结构和自动状态报告制作能力也为状态监测系统的实用化指明了设计方向。

  2、总体目标及设计原则

  2.1、总体目标

  状态监测与诊断系统的建立将通过预警、报警等技术手段,真正解决设备的运行安全问题,降低现场的故障发生率。通过先进的分析诊断方法,找到引发故障的本质原因;通过一系列在线性能评测分析工具,掌握设备的性能规律;通过寿命估计、效率跟踪等方法为设备检修的合理安排提供技术依据。建立设备状态监测与诊断系统,主要实现以下基本功能:

  ⑴故障预警:自动辨识机组振动状态的变化,及时预警;⑵优化运行:定期形成机组状态报告,全面了解和掌握机组运行状态;⑶数据录波:计算机化的机组状态信息和故障数据在线记录;⑷故障判断:准确分析故障原因,实现有针对性的检修;⑸远程交流:做到移动的是数据而不是人;⑹综合诊断:实现多数据源,在线监测和离线检测数据统一管理;⑺预测维修:为进一步建立计算机检修管理系统(CMMS)打下基础;⑻其他实用功能。

  2.2、设计原则

  状态监测与诊断系统设计应遵循以下原则:

  ⑴开放式:极具灵活性以及与其它系统的兼容性;⑵智能化:提高分析、诊断的自主性;⑶网络型:基于 Internet 技术,实现资源共享;⑷高可靠性:满足长期在线监测的目的。

  3、系统总体结构

  状态监测系统由上位机、下位机两部分组成。

  上位机系统包括数据服务器、应用服务器;下位机系统由现地盘柜及终端采集器和传感器组成。系统建立在由水电厂局域网、广域网和运行分析中心局域网组成的平台上,其网络结构见图 1。

图 1 水口水电厂状态监测系统网络结构图
图 1 水口水电厂状态监测系统网络结构图

  安装在每台机组各部位的传感器和变送器将各种物理信号转化为电信号,传送到相应机组的信号采集及预处理单元,得到反映机组运行状态的各种特征参数、曲线、图表等,统一存储到状态数据服务器。

  状态数据服务器自动运行分析和诊断软件,按照一定数据存储策略保存有用和关键数据;利用数据挖掘技术,定期提供机组性能曲线、检修参数量化评价、状态发展趋势等重要数据和报表,作为检查机组健康状况的依据。

  应用服务器负责向工作终端发布监测数据、分析结果、诊断结果,包括与本地和远程的监测、分析、诊断、维护工作站的交互。用户终端可以通过指定的应用服务器进行实时数据监测、数据分析、自动/手动制作机组状态分析报告等重要工作,并可以通过邮件服务系统将报告和数据资料发送到相关工作人员。

  系统平台支持多应用服务器配置,在用户较多时分配到不同的应用服务器,以提高访问和分析速度。为保证各个网段之间的联通性以及支持 Internet和 Intranet,通讯协议使用 TCP/IP。广域网是电力系统远程光纤通信网。电厂局域网内的所有用户终端和通过广域网接入的其他用户终端都可以通过浏览器查询状态数据服务器上的状态数据和报告,下载监测数据完成自定义分析,或指定服务器完成特定的分析和操作。

  4、监测范围及测点布置

  状态监测系统以监测状态的内容来确定测点布置、采集装置通道数目、软件模块的配置和状态报告的内容。该系统综合了水、机、电等各种水电厂主设备的全状态监测系统。

  用最低的成本完成尽可能多的故障信息的监测,同时也考虑现场安装的可行性和日后维护的方便。一般地,设备状态监测的测点布置遵循以下基本原则:

  ⑴满足设备状态评价所需的监测基本参数的要求;⑵考虑设备的故障诊断模型的信息要求;⑶满足安装条件及限制的要求;⑷适合机组、变压器的运行特点;⑸测点之间具有相关性、互补性和相对独立性;⑹经济性原则。

  水口水电厂状态监测系统的测点配置见表 1。

表 1 水口水电厂状态监测各子系统测点配置表
表 1 水口水电厂状态监测各子系统测点配置表

  5、软件系统组成

  状态监测系统软件数据流结构及模块组成见图 2。

  6、系统的主要功能

  6.1、机组性能曲线自动制作

  利用在线监测系统,可以在机组正常发电的同时,自动记录不同负荷、水头下的各通道数据,并提供便捷的软件工具(检索、排序、绘图等),让用户随时、随地、轻松地制作各种性能曲线,对发电运行没有任何影响。机组的每一次过渡过程都会自动记录下来。利用在线监测系统制作性能曲线可以实现如下目的:

  ⑴全面了解机组性能;⑵定期制作性能曲线,监测性能的变化,及时发现机组的故障和缺陷;⑶对检修前、后的机组进行性能评价,完成有关现场试验和真机验收工作。

  6.2、机组状态的量化评价

  在故障诊断方面,采用实用、准确、直观的量化评价技术。即把所关心的机组状态,通过一些具体的参数来表示。由于很多参数可以直接指导检修,有时也称为量化检修参数。现场工程师可以利用本系统提供的专用分析工具,按照既定的规程,对各种状态进行量化评价。

图 2 状态监测系统软件数据流结构及模块组成
图 2 状态监测系统软件数据流结构及模块组成

  通过量化评价技术,可以深入剖析影响机组稳定运行的主要原因,定量给出各种因素对振动、摆度的影响,确定水力、机械、电磁诸因素对机组稳定性的影响。当机组出现某种缺陷或故障隐患时,必然会引起某些量化评价参数的改变,所以量化评价技术也是进行故障诊断的重要手段。

  6.3、完备的在线数据记录

  系统按照一定的存储策略实现有效状态信息的在线自动记录,包括过渡过程、稳态过程,以及故障数据和工况参数发生变化时的各种信息,具体为启机数据(连续记录,分辨率 1ms),停机数据(连续记录,分辨率 1ms),甩负荷数据(连续记录,分辨率 1ms,含出口开关变化前后的数据),小波动数据(连续记录,负荷、开度波动),稳态数据(负荷、开度稳定后记录,每周 256 点,连续纪录 16周),事件记录(报警、预警、工况变化等)。上述记录可以通过各种方式进行检索、回放和同步分析,为系统分析和诊断提供完备、有效的历史数据和便捷的查询、使用办法。

图 3 设备状态巡检与状态检测平台的支持
图 3 设备状态巡检与状态检测平台的支持

  6.4、状态报告自动制作

  按照一个既定的规程,定期地利用系统分析结果,制作内容全面的状态报告,充分体现系统的价值,真正解决现场的实际问题。为此,该系统的一个重要功能就是支持状态报告的定期/自动制作。

  系统支持远程数据处理,并提供与 Word 文档处理程序兼容的数据文件;在用户终端上,系统同时直接支持大量的图形和数据处理工具。利用这些工具和手段,使用者可以轻松地对在线记录的数据进行分析和整理,形成多种内容的状态分析报告。

  7、系统应用

  状态监测系统功能定位主要体现在掌握性能、指导检修和优化调度诸方面。状态监测系统对设备巡检(点检)的支持可以通过管理应用流程来体现;同时基于此平台,系统支持更深层次的引申和扩展。

  8、结 语

  水口水电厂设备状态监测与诊断分析系统根据不同子系统和不同问题的特点采用不同的模式,是一个集成式故障诊断系统;系统以计算机网络为基础,实现远程协作诊断,又是一个分布式故障诊断系统。完善化的设备状态监测和高可靠性的监控、数据采集系统(SCADA)以及实用化的管理信息系统(MIS)有机结合,将为设备状态检修提供一个高效、智能化的自动决策环境。

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