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第1篇

關鍵詞：[HTSS]供電設備；狀態檢修；專家系統；人工神經元網絡

狀態檢修方式以設備當前的實際工作狀況為依據，它通過先進的狀態監測和診斷手段、可靠性評價手段以及壽命預測手段，判斷設備的狀態，識別故障的早期征兆，對故障部位其及嚴重程度、故障發展趨勢做出判斷，并根據分析診斷結果，在設備性能下降到一定程度或故障將要發生之前主動實施維修［1］。它為電氣設備安全、穩定、長周期、全性能、優質運行提供了可靠的技術和管理保障。

作到狀態檢修的關鍵是對設備狀態的判斷，不僅要識別已經發生的故障，而且預測未來可能發生的故障。解決這些問題，一些常規的計算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因為在這些問題中，人類專家的經驗起著主導作用。因此，專家系統技術已經運用到電力設備狀態檢修中，特別是發電設備的狀態檢修。而專家系統技術用于供電設備的狀態檢修還不多見。原因在于供電設備的狀態檢修起步比較晚，這與早年實行“重發輕供不管用”的政策有關。當前電力企業深化改革，以利潤為中心，實行內部模擬電力市場，促使供電企業努力提高供電可靠率和檢修的經濟性。因此供電設備的狀態檢修勢在必行。

狀態檢修能夠使檢修和管理效率提高，設備大修間隔延長和小修頻率降低，杜絕不足維修和過剩維修，減少重大事故的發生，提高了設備的可用系數，從而降低了企業經營成本。

1、配電設備狀態檢修決策支持系統的總體結構

隨著傳感技術、微電子、數字信號處理和計算機網絡技術在狀態監測中的應用，使狀態檢修成為可能。而人工神經網絡、專家系統、模糊集理論等綜合智能技術在狀態識別和故障診斷中的應用，使狀態檢修得以實現［2，3］。

本系統根據在線和離線監測診斷數據、設備壽命預測數據、可靠性評價數據、設計參數、檢修歷史數據、同類設備統計數據等進行綜合分析，并利用狀態評價準則體系對設備狀態變化趨勢進行預測，運用決策模型給出檢修什么和何時檢修的建議，并制定檢修計劃，到企業網站。總體結構如圖1所示。

1.1設備綜合管理模塊

狀態檢修需要大量描述設備狀態及其演變過程的準確數據，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設備數據綜合管理。該模塊管理、存儲所有設備資產清單，設備臺帳圖紙、設備設計數據、設備安裝狀況及系統圖、維修歷史數據、設備變更與維修記錄、設備狀態監測與診斷數據、事故及異常記錄、測點設置、設備可靠性狀態統計分析數據等等。

1.2智能化診斷模塊

該模塊用專家系統與人工神經元網絡結合的方法實現。既能對單一試驗數據進行故障診斷，也能對多種試驗數據進行綜合診斷。單一診斷用產生式專家系統，將規程規定和專家知識存儲在知識庫，可以隨時更新、修改。綜合診斷用人工神經元BP網絡。功能模塊之間用狀態驅動。每一個層次的數據可以維護、查詢，有利于程序的模塊化設計［4，5］。

1.3檢修決策模塊

對單一設備，根據不同運行方式和檢修方式，運用技術經濟分析方法，對檢修費用、效益進行評估，給出對該設備來說最佳檢修時間、檢修措施和檢修項目，并形成檢修決策報告。

1.4編制檢修計劃模塊

狀態檢修并不排斥檢修計劃的作用，恰恰相反，狀態檢修體制還要利用一些先進的技術手段來動態地制訂和優化供電設備檢修計劃，以充分發揮檢修計劃的指導作用。在狀態檢修體制下，面對眾多需要檢修的設備，檢修計劃的編制根據檢修決策的結果，負荷預測、趨勢分析、動態規則等手段考慮配網的運行方式、供電可靠性、經濟性等要求，使檢修計劃既具有可行性，又具有科學性和經濟性。

1.5企業網站檢修信息模塊

將排定的檢修計劃在供電企業網站上，供生產單位執行，也為用戶提供了檢修信息，大用戶據此安排生產，減少供電設備檢修帶來的損失。這能提供服務質量，增加供電工作的透明度。

2、基于專家系統的單一診斷模塊

2.1單一診斷功能

單一診斷是指對一種檢測方法所取得的數據進行處理和判斷，得出故障征兆或有關設備狀態的初步結論。這些檢測方法指：油中氣體色譜檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數檢測、絕緣介質損耗檢測、油質檢測和絕緣老化的檢測等等。檢測的數據與規程比、與歷史比、與同類設備比，并考慮當前系統的運行狀況，將這些知識保存在專家系統的規則庫中。



通過各種方法檢測到的數據，或通過檢測數據計算出的數據，并不能說明當前設備的狀況，只有與標準值比較，才能得到設備可能故障的征兆。如在變壓器預防性試驗中，繞組直流電阻MVA以下的變壓器，相間差別是5%，與規程比較，規程規定一般不超過4%，所以得出繞組直流電阻相間差別過高的征兆。

單一診斷是對單項試驗數據進行診斷。該方法簡單、宜于實現，有時可直接定位故障。但更多時給的結論不夠清晰，或結論片面。因此，該過程可以看作綜合診斷的前期數據處理［6］。

單一診斷的結果可能有四種：

1）明確定位故障；

2）參數正常，不存在與此參數有關的故障；

3）不確定故障是否存在；

4）故障確實存在，但不能定位。后兩種情況給出的結果不明確，需要更多的信息進行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結果都送到綜合數據庫里。在綜合診斷中，對四種結論的處理各不相同。

單一診斷的過程是：

（1）數據采集：采集定期或不定期的試驗數據；

（2）參數計算：有些參數據不能直接測得，需要用試驗數據計算得到。

（3）參數換算：有時要把試驗數據或參數換算成某一環境下的數據；

（4）數據比較：試驗數據或換算后的數據與規程規定的標準試驗數據比較，與設備原始數據比較；

（5）得出結論：單一診斷的結論是上述的四種結論。如果不需綜合診斷，則可以直接生成診斷報告。

2.2專家系統各模塊的功能

單一診斷功能由專家系統實現，該專家系統的模塊如下：

（1）數據庫：數據來源于設備綜合管理模塊。該庫需要的數據有：設備工況數據，設備設計參數，設備缺陷與檢修歷史數據，事故記錄，同類設備統計數據；

（2）知識庫：該庫包括故障診斷知識和設備狀態預測知識。包含有設備的有關標準、規程、導則和有關設備性能指標的資料，以及收集的國內外諸多專家分析判斷設備故障的權威經驗，用產生式知識表示法表示知識；

（3）推理機：能進行故障診斷和設備狀態預測，并設置監控預警功能，發現設備缺陷，向運行值班和檢修負責人發出警報。考慮到供電設備故障的特點：有時是一種故障引起多個征兆；有時是一種征兆是由多個故障引起的，因此推理方式采用混合推理；

（4）學習機：隨著標準、規程及導則中有關內容的變化，經驗不斷積累和增加。診斷知識庫要隨時擴充、修改、更新，增強專家系統的診斷、決策能力。因此，要求學習機有很強的自學習功能。自學習包括三個方面的內容：

①就診斷對象的功能狀態去識別系統未曾掌握的征兆，并形成新的知識；

②有新的設備時，能夠學習新設備的故障征兆和判斷設備狀態的規則；

③對知識的自行校正，如一致性檢驗、冗余檢驗等。

3、基于神經元網絡的綜合診斷模塊

神經網絡是對人腦神經系統的數學模擬，其目的是學習和模仿人腦的信息處理方式。神經網絡把知識變成網絡的權值和閥值，并分布存儲在整個神經網絡之中。在確定了神經網絡的結構參數、神經元特性和學習算法之后，神經網絡的知識表達是與它的知識獲取過程同時進行、同時完成的。當訓練結束時，神經網絡系統所獲取的知識就表達為網絡權值矩陣和閥值矩陣。神經網絡具有知識容量大，處理的問題范圍廣，推理速度快等優勢。所以綜合診斷是運用人工神經元網絡在故障征兆與故障位置之間建立起數學模型，將綜合診斷知識存儲在網絡的權值和閥值里。采用BP網絡進行模型。故障征兆是輸入層的X1，X2，X3，XL；輸出層的Y1，Y2，Y3，YN是具體的故障。這里的故障征兆就是單一診斷的結論。

4、結束語

供電設備狀態檢修決策支持系統中設備狀態診斷是關鍵，不僅能對已經發生的故障做出診斷，還能對將要發生的故障進行預測，這樣才能根據狀態進行檢修。自學習功能，增加了該系統的靈活性，隨著經驗的積累，知識庫的日益豐富，狀態診斷的可靠性將日益提高。

狀態檢修離不開狀態檢測技術，供電設備的狀態監測已經有許多的方法，如直流電阻測量，油色譜分析，絕緣性能測試，遠紅外測溫，有載調壓開關特性測試等。隨著這些監測手段的日益完善，監測點逐漸增多，監測設備的功能強大，通過先進的通訊手段和計算機網絡化管理，狀態檢修系統就更為健全。

從電力行業發展看，供電設備狀態檢修代替定期檢修是必然的，但要有一段很長的過渡過程，在這期間，可能兩種檢修方式并存。做到真正的狀態檢修，僅有技術支持系統是不夠的，還需要管理工作的配合、加強檢修人員的培訓等。

參考文獻

［1］楊叔子，鄭曉軍。人工職能與診斷專家系統［M］。西安交通大學出版社，1990.

［2］許婧，王晶，高峰，束洪春。電力設備狀態檢修技術研究綜述［J］。電網技術，2000（8）。

［3］白建青。供電設備從定期維修制向狀態檢修制過渡［J］。青海電力，1998（4）。

［4］尤鐘曉，盧章輝，岑文輝。面向對象的電力系統調度操作專家系統［J］。電力系統自動化，1999（1）。

第2篇

關鍵詞：特種設備；同步檢修；協同檢修

化工介質的高危害性、生產的連續性對設備的可靠性提出了更高要求。要保證設備運行可靠，必須隨時了解設備狀態，對設備異常及時發現并做出調節或修理，防止設備狀況的進一步惡化。

化工特種設備與崗位布局方式決定了必須進行巡回檢查。化工特種設備往往是設備連著設備，一個崗位集中管理和控制相鄰的十幾臺甚至幾十臺設備。化工生產具備連續性大生產的特點，除開停車中需要操作人員到設備現場對設備進行操作外，正常生產中，操作人員的大部分工作時間是通過崗位控制臺對設備運行情況進行監測與調節。這一點與普通機床設備操作人員始終在設備身邊進行操作很不相同。控制室的監控參數不能完全反映設備狀況(如設備局部的泄漏、振動等)，這就要求通過巡回檢查來彌補監控上的不足。

巡回檢查分操作人員的巡回檢查、片區維護檢修人員的巡回檢查和現場技術管理人員的巡回檢查。巡回檢查和由此決定的調節與修理是化工特種設備日常維護的主要內容。

一、同步檢修與協同檢修要求

化工生產的一個操作單元的各個設備之間、多個操作單元形成的子系統的各個設備之間、多個子系統形成的總系統的各個設備之間，一般都通過管道相連。生產原料從一端設備投入，產品從另一端設備產出，中間沒有間斷、停留與機械運輸。這與化工產品的生產介質大多為流體有關，這樣可以實現連續性大生產。這種特殊的生產工藝對設備的維護檢修提出了同步、協同檢修的特殊要求。一臺設備出現問題，往往造成一個操作單元、或者一個子系統或者總系統停車，這時就需實施該單元、或者子系統或總系統設備的同步、協同檢修。同步指檢修時間、周期、類別上的同步。協同指在處理某一設備問題時，充分利用該停車機會，協同處理同一單元、同一子系統或總系統中其他設備問題。

二、怎樣實現同步和協同檢修

化工特種設備檢修按檢修時機分：臨時的停車檢修和停產大修；按檢修工作量分：大修、中修和小修。

當總系統運行一定時間(如一年)后，系統全面停車，主要目的是為了系統內設備集中大修，稱為停產大修。停產大修停車時間長，可以安排較多設備的大修，但并不能安排所有設備的大修，一方面受停車時間、維修力量限制，另一方面設備種類、設備質量狀況、運行環境條件的不同，設備的大修周期不可能統一。同一系統內種類相同、檢修周期相近的設備可以分批實施大修，錯開每批設備之間的大修時間。某次停產大修中不進行大修，而中小修周期到了的設備可協同進行中小修。以上這些大修和協同的中小修就形成了停產大修計劃。

盡管如此可以使設備大修的集中度降低，但停產大修往往時間緊、任務重，施工組織難度大。因此必須有效利用臨時的停車機會，盡可能多地實施中小修和可能實施的大修，例如一些可能與總系統隔斷或短時斷開的子系統或操作單元的設備。但子系統內或操作單元內設備也應實施同步的和協同的檢修，以便減少停車次數。

中小修工作量相對較少、檢修時間短，除在停產大修期中協同實施外，主要安排在臨時停車時進行。化工生產要求實現連續不間斷生產，但實際運行中短時的局部子系統或操作單元停車或者總系統的臨時停車不可避免。如某關鍵設備的異常故障、巡檢中發現某種危及安全的隱患急需處理、某崗位人員的操作失誤、水電氣原料供應不足等都可能產生臨時停車。此時是安排該系統或操作單元設備中小修同步檢修和協同檢修的最佳機會。

三、壓力容器、管道的維護檢修

化工生產的管道完成各設備之間介質的傳遞輸送，中間產品和最終產品由不同的儲罐完成介質平衡與儲存。壓力容器和壓力管道是化工生產中的主要設備，屬于特種設備，對其設計、制造、安裝、使用、檢驗、檢修與改造實施安全監察，其維護檢修除重視日常維護中的巡回檢查外，重點是開展定期檢驗。定期檢驗是國家安全管理法規規定的強制性檢驗，主要分為每年至少一次的在線檢驗和相隔一定運行周期必須進行的、停止運行的全面檢驗。壓力容器和壓力管道的修理必須按安全技術規范的要求進行。一般將檢驗與修理(修理決策的主要依據是定期檢驗的結論)結合進行，與壓力容器和壓力管道相關的安全附件的定期校驗、定期檢修也與定期檢驗同步進行。

四、更高的安全檢修要求

化工特種設備的管道相互連接，介質具有流動性、帶溫帶壓、易燃易爆、有毒有害。一些設備較大、較高，檢修時需進入設備內部或登高作業。這些特點決定了進行化工特種設備檢修必須有更高的安全檢修要求。設備檢修一般應在停車的情況下進行，應將介質排盡。對易燃易爆、有毒有害介質需進行吹除置換、清洗消毒；進入設備內部檢修需從設備內部有代表性的部位取樣分析，辦理相關進塔入罐作業證方可進行檢修。登高作業需帶安全帶，辦理登高作業證；在一些有易燃易爆介質的生產現場或設備內部檢修時，需對環境空氣取樣分析，辦理動火作業證。生產中對系統的某臺設備檢修時，必須將其與系統斷開，防止相連設備管道中的介質噴出傷人或造成燃爆、中毒事件。

五、化工特種設備修理決策方式

設備維修規程結合設備實際狀況的決策方式。原化工部組織起草了各類化工特種設備的維護檢修規程，對各類化工特種設備的維護檢修制定了日常維護、大中小修周期、檢修內容、質量驗收標準、檢修安全注意事項等等。這就產生了以化工特種設備維護檢修規程為決策依據的修理決策方式。但它的缺點是沒有考慮到設備自身質量、設備運行條件和狀況、操作和維護檢修水平上的差異，嚴格按規程進行修理決策，會造成修理過剩或修理不足。為此，以化工特種設備維護檢修規程為主要決策依據，由現場技術管理人員、相關管理部門技術人員結合設備狀況，對設備大修周期進行調整、共同決策是一種相對科學的修理決策方式。目前大多數化工企業都采用了這種修理決策形式。但實際運作中相關人員的技術素質、責任心、對現場設備的熟悉程度、對設備故障事故發生規律的認識水平等方面的差異，以及出自不同的利益，往往會影響設備的修理的科學決策。

依據狀態監測的決策方式。狀態維修的最大特點是，完全依據設備的運行效能、運行狀態來確定設備的維護檢修周期和檢修內容。其實質是：在全面掌握設備狀況的基礎上，根據設備故障發生發展規律，選擇最恰當的時機，對設備實施有的放矢的修理。這無疑是一種科學的修理方式，這需要大量資金的投入和做大量的基礎研究才能得以實現。這也許是這種決策方式目前難以推廣的原因。

化工企業壓力容器由于有國家的強制性定期檢驗要求，檢驗工作開展得較早較好，隨著人們對壓力容器故障和事故發生發展規律認識的深入，許多化工企業壓力容器的修理決策，基本做到了以定期檢驗結論為主要依據，可以說正在或基本形成了壓力容器的狀態監測決策模式。

按規程結合實際加狀態監測的組合方式。目前一些大型化工企業，一方面在總系統中選擇一些大型、關鍵、貴重、出現故障事故對生產影響、危害性大的設備進行狀態監測，另一方面對大多數設備按檢驗規程結合設備實際狀況進行修理決策，盡可能使修理決策科學化。

參考文獻

第3篇

關鍵詞：機組狀態監測狀態檢修機組狀態監測系統

云峰發電廠在電力系統中的作用主要是擔任調峰、調頻、事故備用任務，要達到以上目的，要求機組必須具備良好的可靠性和可調性。根據東北公司對水電廠狀態檢修工作的要求，我廠開展了設備狀態檢修的前期工作，并與豐滿發電廠一道，成為東北地區水電機組狀態檢修的試點單位。目前我廠已將四臺機組的檢修及運行歷史資料，系統地進行了整理匯編，呈報水管部、電科院。幾年來，云峰發電廠的機組檢修已由傳統的計劃性逐步過渡到狀態性，檢修方式由原來的"到期必修、修必修好"，逐步向"該修必修、修必修好"過渡。在設備的在線監測、狀態檢修方面初步有了成效。

1水輪機組狀態監測系統概述

近年來，水電廠設備的狀態檢修（亦即預測性維修）工作已越來越受到普遍關注。設備狀態檢修的必要條件是要進行狀態監測和故障診斷。對設備整體或局部在運行過程中的物理現象進行隨機或定期檢測，就是狀態監測。而設備診斷技術則是一種了解和掌握在用設備的狀態，確定其整體或局部是否正常，早期發現故障及其原因，并能預報故障發展趨勢的硬件或軟件的綜合技術。設備的狀態監測和診斷技術作為一種基本手段，為狀態監測提供切實依據，以便合理安排維修，確保設備的安全經濟運行。

設備狀態監測和診斷的關鍵是在線監測技術，包括信息采集、數據處理與分析、處理意見與決策。有效的在線監測可以隨時掌握設備的技術狀況和劣化規律，避免突發性事故和控制漸發故障的發生。

實踐證明，實施在線監測可以減少設備不必要的停役、降低維修成本、增加可利用時間，從而提高設備的運行維修效益。

1.1機組計劃檢修存在的弊病

機組狀態檢修工作實施前，我廠的四臺水輪發電機組的檢修是按計劃檢修原則進行的，根據原水利電力部頒發的《發電廠檢修規程》中規定的檢修周期、檢修工期、檢修項目等指標，"到期必修、修必修好"，其實部頒規程對機組檢修周期、檢修工期及檢修項目的規定依據基本上是同類設備的檢修經驗，不具有普遍意義。經過多年的技術實踐，我們認識到，這種規定帶有較大的習慣性，是一種徒弟學師傅式的方法，比較保守、盲目，但也比較把握，除浪費一些人力、材力、物力、時間外，一般還不致出什么大差錯。但從設備檢修的目的是消除缺陷，保證設備健康運行這個角度講，計劃檢修是不盡合理的。所謂的"到期必修"就是設備運行到某一規定的期限，不論處于什么樣的技術狀態、有無缺陷一律停機檢修。由于我廠各臺機組的設計制造、運行狀況的不盡相同，即使是同類的設備在相同的運行周期內，也表現出很大的差異性。同時，"到期必修"經常帶來不必要的大拆大裝，不但造成人、材、物的大量浪費，有時還會把設備拆修壞了，造成"勞而有罪"。

1.2設備狀態檢修的優勢

通過不斷探索及實踐，我們認識到，狀態檢修的核心是通過對設備的診斷，摸清設備的實際狀況，并以此為依據制訂切實可行的檢修計劃予以實施。狀態檢修的通俗說法是"該修必修、修必修好"，它所強調的是在"該修必修"的"該"字上，這個"該"字反映了整個檢修工作的科學性，它要求決定修與不修，小修還是大修要有充分的事實依據，要經過該與不該的反復論證，不能憑經驗行事，不該修的堅決不修，該修的堅決修好，只有這樣，才能恰到好處地完成檢修任務。

我們還認識到，狀態檢修比計劃檢修更符合"預防為主"的原則。計劃檢修的最大弊端是不能根據設備的實際技術狀態決定檢修內容，而讓計劃期限箍得過死，狀態檢修則不然，它是通過各種不同的診斷手段摸清了設備的技術現狀后才決定檢修內容的，它可以根據設備的技術狀態及運行要求，提前或推遲檢修周期，增加或刪減檢修項目，真正實現檢修的目的，并具有最大的經濟技術效益。顯然，狀態檢修掌握著消除設備缺陷的主動權，符合設備的運行的發展規律，符合防患于未然的原則。

1.3我廠初期實施機組狀態檢修后帶來的效益

機組狀態檢修實施前，我廠對反映四臺機組的運行狀態的參數測定只停留在手工檢測階段，通過定期的試驗觀察，比照標準，分析設備的技術狀況決定檢修計劃。由于缺乏可靠有效的診斷方法與診斷儀器，使得制訂的檢修計劃不完全有效。1991年，我廠與華中理工大學電測教研室合作，共同研制了第一代BZJ1擺度振動監測儀，該儀器于1992年9月安裝在我廠的四號水輪發電機組上。受當時技術條件所限，測點較少，同時電測數據與手工測得數據相差懸殊，沒有受到現場工人的歡迎。1996年我廠與海南洲立科技公司共同開發了SZJ水電機組振動測試及數據分析處理系統。該系統由擺度振動監測儀（BZJ）、多路通訊控制器（DTC）、數據處理及分析軟件包（SFC）三個部分組成，BZJ將采集的數據由RS232串口經DTC送往上位計算機，再由SFC進行分析及處理。該系統被安裝在我廠的2、3、4號機組上。2000年末，我廠又與深圳洲立達公司合作，共同開發了一號機組機械狀態分析及故障診斷系統(SZJ99)，該系統自成一個系統，與計算機監控系統不相連。該系統的功能較前兩代有較大的增強，監測通道由9個增加到17個，在進行巡回檢測的同時進行信號波形采集，可錄制機組的瞬態過程及波形。該系統在機組機械振動監測及實時分析儀（BZJ3）提供的機組振動數據及其特征的基礎上，運用理論知識和實踐經驗，形成機組機械狀態分析軟件。以便進一步分析機組的機械狀況特征和引起異常振動的原因。從而提供機組檢修及故障分析的依據或參數。通過系統實際運行中的數據（特別是特況數據）積累，幫助專職人員加強對機組機械特征的深入了解，提高狀態檢修的水平。通過接入網絡系統（此項目前未進行實施），專職人員及有關領導可在遠地了解機組的機械狀況，以滿足水電廠"無人值班"（少人值守）的要求。

采用以設備狀態監測為基礎的狀態檢修管理模式后，由于摸清了設備的實際技術狀況，我廠目前的機組大修周期已改為4年以上，機組擴大性大修周期已改為10年左右。過去，不管設備的狀況，檢修周期一到，馬上就開始檢修，對于設計、制造、安裝、維護質量優秀的機組，檢修過于頻繁不但沒有好處，大多數情況是拆下來擦擦油、抹抹灰而已。增加了機組的檢修費用、停用時間，降低了機組的可調小時數。現在由于我廠注重了在設備的狀態上下功夫，通過掌握機組的狀態來確定機組的檢修時間和檢修項目，最終達到延長檢修間隔，縮短檢修工期，降低維修成本的目的。按設備狀態監測數據及運行情況并對照規程標準制定檢修時間及項目，收到了顯著的經濟效益。如我廠二號機組，在各負荷工況下，從監測儀測得的各項數據來看，均不超過規定值，設備運行穩定，但已連續運行14年沒有進行擴大性大修。由于該機組每次小修檢查都發現發電機定子鐵芯拉緊螺桿折斷現象，同時存在水輪機導葉漏水嚴重的缺陷，需更換導葉軸套，因此根據狀態檢修的思想，決定對該機組進行擴大性大修，大修后提高了設備運行的可靠性。再如我廠四號機組，投產初期就存在著擺度、振動大的缺陷，而且機組振動區域較寬。實施機組狀態監測后，對四號機組存在缺陷的原因進行了深入細致的研究及分析，確定了四號機振動擺度大主要是由于機組軸線引起。通過對該機組進行擴大性大修，取消了推力頭與鏡板間的絕緣墊，在推力頭與鏡板間增加了兩道密封圈，有效地防止了兩者接觸面產生空蝕而引起的軸線惡化，同時將推力頭及鏡板返廠進行了處理，使其各部精度均達到圖紙規定，機組投入運行后，各部振動、擺度明顯減輕，達到了預期目的。再如我廠的一號機組，2001年進行過一般性大修，機組修后經振動擺度監測儀實測發現勵磁機定子外殼的垂直振動達到0.17-0.20mm，水平振動達到0.18-0.20mm，強烈的振動對機組結構部件造成的危害是巨大的，根據該情況，我們及時向主管部門提出擴修申請，并到上級部門說明情況，得到批準。經分解檢查發現，機組軸線已惡化，推力瓦（10塊）嚴重磨損，個別瓦面有嚴重裂紋，推力抗重螺釘及托盤接觸面磨損及變形嚴重，鏡板工作面存在劃痕，局部位置呈藍色，系工作時溫度過高所致，推力頭底面、鏡板背面空蝕嚴重。將推力頭、鏡板、推力抗重螺釘及托盤均進行了返廠處理，達到圖紙規定要求，并對將全部推力瓦進行了更換。

幾年來，我們一是通過日常性的機組狀態診斷掌握設備的損壞狀態與規律，加強每日的設備巡回檢查，發現問題及時進行處理，由于機組振動擺度監測系統測點數量的限制，有些部位的振動及擺度不能測到，我們定購了手持式振動擺度測試儀，對機組所有部位的振動擺度均可進行測量。二是通過日常性的維修恢復設備的健康。從上到下擺脫計劃檢修的束縛，將狀態診斷與日常維修結合起來，用狀態診斷結果指導維修，用維修實踐驗證或修正狀態診斷技術，從而達到完善狀態診斷技術與提高維修水平的共同目的，這樣，就有可能為解決設備的老大難問題創造條件，這對于延長機組檢修間隔與運行壽命是有好處的，比如，若能成功地解決機組軸線穩定性與水輪機汽蝕損壞兩大問題，那么機組的大修周期至少可延長一倍以上，而且可使檢修內容大為簡化，檢修費用大大降低。

2機組狀態監測系統實際需求

隨著電力系統的日益發展，供電可靠性的高要求與不盡人意的設備故障率之間的矛盾也愈加突出。電力部門期盼實施在線監測能及時發現設備的隱患，從而防患于未然。由于各種原因，設備停役有時難以安排。因此我們實行狀態檢修與周期性檢修相結合的檢修原則。而狀態檢修的一個重要前提，就是實施在線監測，了解設備狀態，做到心中有數。

隨著我廠"無人值班"（少人值守）的實施，希望在對廠內的各種運行設備（參數）進行監控的同時，增加對設備運行可靠性的監測手段。而"減人增效"、"廠網分開、競價上網"等現代管理模式的形成和建立，也需要強有力的技術支持。

現役設備或已老舊，或有先（后）天形成的缺陷，還有受到懷疑的一些設備，在線監測可以實時監視其運行情況，一旦發現問題就及時退出。這樣，便能最大限度地利用這些設備的剩余壽命。

隨著測試技術（裝置）的發展和逐步完善，尤其傳感技術和信息處理技術的不斷進步，為在線監測提供了充要的條件。實施在線監測過程中，我們不僅體會到縮短設備停役時間、減少停電損失，避免過剩維修、延長設備壽命，以及杜絕因試驗操作失誤可能釀成事故等，還從中積累了經驗，促進在線監測技術不斷提高的良性循環。

目前在線監測技術已進入實用化、智能化階段。Internet／Intranet網絡技術的應用，為狀態監測與診斷開拓了廣闊的技術空間，如遠程分布式故障診斷和虛擬故障診斷等，突破了傳統的故障診斷的某些技術瓶頸。

電力設備設計、安裝和運行管理經驗的長期積累，也為專家系統的建立提供了明確、寬厚的多領域專門知識，足以對運行設備的故障、壽命進行分析、判斷和決策，以達到建立預測性維修體制的目的。

3機組狀態監測系統實施基礎

水輪發電機組穩定性是其工作性能的重要指標。而機組工作不穩定的基本表現形式就是振動，這是一種非常有害的現象。較大的振動嚴重地威脅著機組的供電質量、機組的使用壽命和安全運行。水電機組的振動，多數由于機械、水力、電磁等因素耦合作用的結果，振動機理比較復雜，憑直觀判斷或簡單的測試一般難以找到根本原因。有些故障與運行參數有關，故障出現有一定的偶然性，因此故障特征不容易捕捉。

由于水電機組固有的優勢，電網調度中越來越強調水電廠的調峰作用。這就要求水電機組在整個出力范圍內具有充分的可用性，即不僅滿足于正常出力發電，還要力爭改善不穩定負荷區的抗動狀態。

水電機組的單機容量在電網中的比重越來越大，其可用度和安全對電力系統和國民經濟的影響極大。不言而喻，如時值水電廠棄水期，機組事故檢修造成的經濟損失就更為嚴重。

另一方面，隨著水電廠雙達標、創一流工作和技術改造的不斷深入，設備健康水平和自動化程度均有顯著的提高，設備管理水平也有長足的進步。這些都為我廠的機組狀態檢修打下了良好的基礎。而且，水輪發電機組故障的發生和發展一般是有跡象的和漸變的，多數有磨損和疲勞特征，即有一個從量變到質變的漸進過程。這就使得利用狀態跟蹤和趨勢分析技術來捕捉故障征兆、實現早期預警變得相對容易，準確性也比較高。

針對上述工程實踐中的問題，要對水電機組實行在線監測和故障診斷，實現水電站運行設備監控、維護的高效管理。水電機組運行狀態監測是充分發揮水電廠效益的重要因素。

4我廠機組狀態監測的現狀

4.1目前已安裝的狀態監測系統如下：

要保證機組安全穩定運行，維持機組良好的運行狀態，包含的技術指標非常廣闊，光靠以上安裝的測量及監測系統還是遠遠不夠的。目前世界發達國家機組狀態檢修也沒有太成功的經驗，因為這畢竟是一項相當復雜的系統工程，但機組的狀態檢修，是以后機組檢修的必然趨勢。我廠在機組狀態檢修工作中，只是邁出了一小步，要真正達到按機組的運行狀態，有針對性的對機組實施狀態檢修，今后的要做工作還有很多。

4.2建議建立完善的組織機構，真正把在線監測、狀態檢修管起來

我廠對機組在線監測、狀態檢修十分重視，由廠長親自掛帥，抽調廠各部門的技術骨干力量，由生技部主任、檢修及運行主任、生技專工等人員兼職。成立了狀態檢修領導小組。小組成立后，立即開展了工作，制定了機組在線監測、狀態檢修管理辦法，定期召集小組成員研究機組的運行的新情況，根據機組的實際狀況，制定相應的檢修周期及檢修項目，并負責組織實施、協調及解釋。實施中小組成員及時跟蹤、吃住在現場，嚴格按照國家規定的各項規程、制度，把住設備檢修的質量關，注重機組的檢修工藝標準，各項作業均按本廠制定的標準化作業及規范化管理細則中的有關規定執行。對設備出現的任何問題，機組狀態檢修領導小組成員必須做到心中有數，以便制定行之有效的解決措施，檢修項目、檢修工期等的變更必須由領導小組決定，其他人員無權更改。

盡管我們在機組狀態檢修上作了很多的工作，但還存在著一些管理上的弊病，如機組振動擺度監測裝置沒有專人管理，放在運行監控室無人管，顯示數據是否正常也不知道，沒有使裝置真正發揮作用。手持式振動擺度測試儀放在班組沒有有效地進行管理，使用的時候缺東少西，配件都找不到。

5今后機組狀態監測及狀態檢修設想

5.1機組狀態監測對象及目標

總體而言：狀態監測系統應包括如下幾方面的內容：機組穩定性狀態監測子系統、機組效率狀態監測子系統、機組氣蝕狀態監測子系統、發電機運行狀態監測子系統和其他系統傳輸的開關量、模擬量等。并且包括將這些系統整合起來進行數據管理、診斷及網絡的狀態診斷網絡，通過這一網絡，則可使電廠各生產單位及管理部門可隨時靈活地管理機組狀態信息，達到為生產和檢修服務的目的，如圖1所示：

圖1

5.2各部分功能說明

(1)穩定性狀態監測子系統部分

此部分系統我廠已經進行了具體實施，在此不再詳述。

(2)機組效率狀態監測子系統部分

水輪機效率因機型的不同，設計制造水平的不同而不同。在已投入運行的機組中，有的由于設計選造型不合理或在制造安裝中存在著缺陷和遺留問題，使得水輪機效率不高。特別是有的機組由于長期處在低效率區或在低水頭下運行，嚴重影響著機組效率的發揮，同時還會造成嚴重的振動和氣蝕破壞。因此需要摸清現有運行機組在運行中的實際效率狀況，探討和解決運行工況對水輪機效率的影響。為了充分利用水力資源、提高水力發電廠的經濟效益、實現水力機組乃至整個電網的經濟運行，需要對水電廠現場水力機組進行效率監測，實測出水力機組乃至整個水電廠的動力特性，使得各臺機組的效率試驗成果成為整個電網優化運行的可靠的基礎技術資料并指導水電廠經濟運行。

水輪機效率的實時監測對電站的經濟運行有著重要的作用。水輪機效率的在線監測既可用于機組在安裝竣工或大修結束后的現場驗收試驗，以便檢查設計、制造、安裝和檢修質量是否滿足要求，又能通過對機組運行性能進行長期連續監測，提供在不同的水流和工況條件下水輪機性能的實時數據，為確定電廠經濟運行中的開機臺數和負荷優化分配以及機組的狀態檢修等提供參考。因此水輪機效率在線監測一直是實現電廠經濟技術指標考核和經濟運行的一個重大科技攻關課題。隨著計算機、通信、信息、測控等一系列新技術的迅速發展和在電廠的應用，給效率在線監測項目的開發提供了成熟的技術基礎。當前，以廠網分開為基礎的電力體制改革方案已經出臺，電力市場競價上網亦將成為必然的發展趨勢。因此，在保證安全運行，滿足電力系統要求的基礎上，不斷提高水資源利用率，設備可用率，減少運行和維護費用，已成為每個電廠迫切需要開展工作，以提高自身競爭力面向市場的重要目標。

在線監測機組效率同機組效率測試是不同的要求，因為水頭在生產過程中不可能人為很好地控制，所以在線監測強調的是在實際運行工況下機組不同效率性能的比較和擇優，也就是說，在線效率監測并非是為了測得機組的某一確定效率值，而是評價機組在當前蓄水條件和生產條件的約束下，應該采用何種運行方式最為經濟，甚至可以實現多臺機組的綜合經濟指標最優。這些效益及顯著的優點如果不進行機組在線狀態監測是不可能得到的。

另外，效率監測對于機組穩定性監測、氣蝕監測及故障診斷是非常好的映證和補充，可以降低誤判斷的幾率，縮短積累經驗的周期，如圖2為某廠機組運行特性曲線：

(3)機組氣蝕狀態監測子系統

水輪機氣蝕監測能夠準確地監測水輪機的氣蝕強度，使機組能夠在高效率區運行，減少水輪機葉片的氣蝕破壞，通過對氣蝕量歷史數據的累積測量，可以標定水輪機的氣蝕破壞程度，準確決策機組的檢修間隔，為機組由計劃檢修向狀態檢修過渡奠定基礎。

反擊式水輪機在其運行時，在轉輪出口和尾水管進口處往往形成負壓，當壓力降低到小于氣化壓力時，水就汽化，在水流中產生許多氣泡，氣泡隨著水流移動到壓力較高處，便驟然消失。在此瞬間，水流質點以高速度向氣泡中心撞擊，水流質點這種高速度的碰撞會引起水壓力的增高（有時達幾十到幾百個大氣壓），然后被強烈碰撞而壓縮的水流質點，又向相反的方向擴散，從而造成氣泡處的壓力急驟降低。這樣就形成氣泡中心的壓力，在一段時間內周期性的波動。這種由氣泡的產生和消失過程中引起的一系列現象稱為氣蝕現象。根據現代對氣蝕的研究，雖說還不夠充分，但比較成熟和一致的解釋，除上述周期性的壓力波動外，還有下列現象：

當壓力降低到飽和蒸氣壓時，水流不僅產生氣泡，溶解在水中的氣體也以氣泡形式選出，這種空氣泡會隨著水流排出。當氣泡的產生和消失發生在固體表面時，水流質點高速度的周期性沖擊象銳利的刀尖一樣劇烈地打擊著固體表面，造成固體表面的機械破壞，稱為剝蝕。如果固體表面粗糙，則剝蝕更嚴重。

此外，氣泡受壓縮時，由于體積縮小而溫度升高，再加上水流質點相互高速度的撞擊和對固體的撞擊也產生熱量，實驗證明，當氣泡凝結時，所引起的局部溫升可達300℃左右，使得冷熱固體形成了熱電偶，彼此間產生了電流，這是固體表面遭受侵蝕的電化學原因。

綜上所述，氣蝕是一個綜合的物理現象的而非單一的物理量，因此它是不可能通過某一單一的物理量來描述和測量的，而只能通過綜合的分析和診斷得到一個評價性的描述，例如：某轉輪氣蝕嚴重，在不改變轉輪尺寸的情況下僅僅替換轉輪的材質，就有可能完全消除氣蝕產生的破壞，但這時的水力及機械作用量的測量結果將和原先有氣蝕破壞時完全一樣，所以氣蝕監測的意義就在于評估這種破壞能力的大小或效應，而非測定其破壞后果，當然，也可以通過經驗的積累使這兩者產生一種歸納上的聯系，但這種歸納的理論化和效果描述在目前還十分困難，很難用于推廣和預測。

圖2

根據氣蝕發生的條件，水輪機中的氣蝕一般可分為3類：

翼型（葉型）氣蝕這是反擊式水輪機普遍具有的氣蝕現象。水流流經葉片時，在葉片表面形成壓力差，使轉輪旋轉作功。通常葉片的正面是正壓力，而背面是負壓力，這種負壓是轉輪作功所必須的，但它又造成了氣蝕條件。從理論上講，這個氣蝕條件可從水輪機安裝高度上加以解決，所以翼型氣蝕產生的主要原因是由于轉輪葉片制造中不符合模型要求而引起的。在運行中由于運行工況不良也會引起翼型氣蝕。

當水輪機運行在低水頭（低于設計水頭，特別是在轉輪允許的最小工作水頭附近）和低負荷運行時，水流經過葉片就會產生脫流和旋渦，轉輪出口處每一個葉片形成一個旋渦，再加上整個轉輪出口的旋轉水流，就在轉輪和尾水管進口處形成一個大旋渦（或大渦帶）。其旋渦中心產生很大的真空，形成空腔氣蝕，這種旋渦以一定的頻率在尾水管內旋轉，而其中的真空帶周期性的掃射在尾水管的四周壁上，結果是一方面造成尾水管壁的氣蝕破壞，另一方面產生周期性的壓力波，形成強烈噪音，嚴重時可引起整個機組振動。

在導葉下端面間隙處，導葉關閉時導葉與導葉立面間隙處，以及轉輪止漏裝置間隙處，當水流通過這些較小的間隙時，流速產生局部增高和壓力降低因而產生氣蝕，這種現象稱為間隙氣蝕。當機組在低負荷運行時，導葉開度較小，局部流速增高，壓力降低，很容易產生間隙氣蝕。

以上三種氣蝕對效率和穩定性影響最大的當屬空腔氣蝕，目前，對空腔氣蝕和間隙氣蝕均可采用綜合分析法準確的判斷和監測，即通過測量尾水管壓力脈動、尾水管振動、頂蓋振動、水導軸承渦動、止漏裝置水壓脈動、導葉后水壓脈動等等這些量的綜合分析，可以評估空腔氣蝕及間隙氣蝕效應的強弱，對于翼型氣蝕，其產生的效應頻率寬廣，必須用涵蓋整個音頻范圍的分析設備和儀器來加以控制和分析，造價昂貴，而且因為翼型氣蝕發生的位置對監測效果影響較大，所以對于翼型氣蝕僅限于發現其產生，很難評估其破壞能力，因此可知絕大多數可以采用低廉的綜合分析法，避免空腔氣蝕和間隙氣蝕，已經可以產生非常明顯的經濟效益。

(4)發電機運行狀態監測子系統

水輪發電機定、轉子空氣間隙是一項重要的電磁參數，它對電機的其它參數、運行性能及技術經濟指標有著直接的影響。設計選定的氣隙值，由于種種原因，在機組安裝、試運行以后會發生變化。這些原因包括制造、安裝的諸因素和定、轉子結構部件受電磁力及離心力的作用，其中尤其與發電機轉子結構特征有較大關系。運行中的發電機氣隙均勻性直接影響其電氣特性和機械性能的穩定，有著不容忽視的作用。

發電機運行狀態在線監測系統在線監測發電機定、轉子空氣間隙，可以直接測量出經過長期運行后定子的變形趨勢及大小；轉子磁極的松動和結構變形；定轉子同心度的定位偏差和改變傾向，以及在正常運行和電氣事故沖擊過程中動態氣隙是否滿足安全標準，對于評估發電機的穩定性有著不可替代的和十分重要的作用。

具體的檢測過程采用在定子內部貼裝薄片狀氣隙傳感器實現，目前已有標準的傳感器可購買，效果容易保證。

磁通量測量：大量的定子絕緣故障及轉子繞組故障都會伴隨著對應空間位置的磁通量變化，正是基于這一原理，可以通過檢測發電機定量間隙中的磁通量獲得定轉子電氣狀態的直接測量結果。例如：當某一磁極發生匝間短路，則當這個磁極掠過磁通量傳感器位置會比其他磁極所產生的磁通量更小，從而明確地定位此故障。又如通過長期監測貼于定子某一位置的磁通量，通過分析其變化規律即可判斷定子線棒有無放電、短路等故障，同時對于磁極松動、第二氣隙形成等轉子機械故障也可以精確的檢測，具有很好的實用性。

診斷檢修替代傳統停電檢修的推廣，原有的停電試驗已不能完全適應電力生產的需要。電氣設備絕緣在線監測技術是近年來發展起來的一門新技術，它是在電氣設備運行中隨時監測分析電氣設備絕緣的狀態參數，并反饋給運行維護人員，及時發現設備事故隱患，減少不必要的停電檢修及破壞性的絕緣試驗工作，保證設備的安全運行，提高設備供電的可靠性。

一般機組運行多年后，絕緣材料在機械、熱力、電力和環境的作用下會逐步老化，由于絕緣隱患所引起的局部放電，起因于發電機的絕緣老化、放電，定于槽楔中綁線松動造成的斷股和槽放電等，這些情況的產生和發展都可能導致發電機絕緣的劣化，傳統的停電預試不能保證發電機絕緣在一個檢驗周期內安全運行，尤其是無法掌握運行中發電機的絕緣放電的狀態變化。因為事故的發生及發展都有一個過程，該過程伴隨的放電發生與發展過程存在著很大的隨機性，絕緣失效的危險也就大大地增加。如果絕緣失效發生，檢修的費用是十分昂貴的。電廠可能需要花費數月時間來重繞這臺機器，重繞是一項費用高昂且耗工耗時的工作，對電廠來說損失巨大。根據我國歷年來的相關統計，100MW以上的發電機（包括水輪發電機和汽輪發電機）每年每百臺發生的故障率為7～9次左右（其中1997年為7．59次，1998年為8．67次）。

大部分絕緣老化都會造成局部放電（電暈），即高壓絕緣層中的小火花，都可以通過局部放電測試來檢測。這種方法是通過檢測局部放電脈沖的頻率、幅值、極性和相位來評估絕緣系統的老化程度。以往發電機局部放電測試被高強度電子噪聲干擾，使得測試結果很難分析，需要高度的專業水平才能做出正確的分析。但是，隨著近期高新技術的不斷發展，可以消除噪聲干擾并將局部放電量化的儀器和傳感器被開發出來，使得測試過程的進行和結果分析可以由電站的一般非專業工作人員在機組運行的情況下完成，增強了系統的實用性。致力于通過檢測局部放電來診斷和測試絕緣質量和老化程度，有利于延長檢修周期，降低檢修和生產成本，保證設備的良好狀態和提高設備的利用率。

絕緣監測的實用技術基本上是基于對局部放電產生的放電脈沖的監測，比較廉價的方式可以直接監視和分析定子中性點的接地電流或者更完備的增加各相電流及轉子電流的波形監測，可以定性的評估出絕緣老化的狀態，對于典型的放電能夠根據的繞組的電氣長度精確定位，昂貴的方案是采用電容式檢測法也能達到同樣效果，其分析技術要求較低。

(5)其它系統傳輸的開關量、模擬量等

5.3其它在線監測系統

包括主變在線監測、避雷器在線監測等，這些在線監測系統相對而言分析診斷的自動化水平還不是很高，其測量結果的綜合應用也還不是很成熟，數據量也不大，所以可以使用機組狀態監測系統的網絡及數據管理功能統一規劃，簡化其系統結構，降低成本。

它們和狀態監測網絡的聯系均采用單向數據通訊，可以有效防止病毒及故障的相互影響，提高可靠性。

5.4網絡部分

狀態數據服務器提供整個網絡訪問的數據源，即所有用戶均可以在網上實時查看狀態監測的結果報告，專門的用戶還可以實時的分析和診斷當前的機組狀態，所以，此數據服務器為一全自動的冗余數據庫，并且具有完全的開放性和擴張能力。

WEB服務器提供整個網絡的訪問服務及防火墻，在用戶規模和用戶訪問量較小時也可省略（但性能降低了），主要是完成狀態監測網和用戶局域網的物理連接，采用瀏覽服務和TCP-IP通道技術，阻止病毒和破壞性程序的迅速感染。

工程師工作站：作為整個網絡的維護、監視和培訓設備，可以由專門的值守人員使用，實時的監視和分析整個系統的各類數據。