浅谈水轮发电机组故障诊断技术

浅谈水轮发电机组故障诊断技术

卢增元

汪清满台城综合开发有限公司  吉林省延边州汪清县   133200 

摘要：水轮发电机组的故障诊断是对机组各部位状态数据进行采集,以数据为支撑,采用一定的方法通过综合分析研判,对机组的整体性能进行评价,提前感知异常趋势,发现潜在隐患,预知故障苗头,从而采取一定的预防及处理措施,防患于未然。基于此，本文章对水轮发电机组故障诊断技术进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：水轮发电机组；故障诊断技术；应用

引言

液压轮发电机是水电站的重要设备，其稳定性不仅直接关系到设备的经济性，而且也关系到电网的稳定性和效率。随着水轮发电机数量的增加，质量问题开始出现，因为设计、制造、安装、运行等方面存在缺陷。使设备运行频率不合适，导致水轮发电机局部产生共振和悬挂振动。因此，研究水轮发电机的稳定性具有重要的实用价值。作者总结了水轮发电机的稳定性问题，分析了其原因，并针对水轮发电机的运行特点和故障特点提出了有针对性的诊断策略。

一、水轮发电机组故障诊断概述

水轮发电机组绝大部分的故障都会在振动信号上有所体现,如幅值增大、频谱异常等。水轮发电机组的振动一般是水力、机械和电磁等因素相互作用产生的。一方面,同一个故障现象可能是某个原因单独导致的,也可能是多个原因相互叠加作用后产生的结果;另一方面,同一个故障原因在机组处于不同的运行工况时所表现出来的现象也可能有较大差异。水轮发电机组的故障具有从量变到质变、从轻到重渐进发展的特点,前期一般故障现象不明显,但随着时间的推移故障的特征会逐渐显现并进一步加剧,这也造成了在故障产生的初期识别、判定故障非常困难。

二、水轮发电机组故障

首先，水轮发电机在运行时会出现过载现象。如果在系统运行期间适用的功率较低，但为了确保发电机的功率保持在正常限度内，则必须减少发电机的负荷。发电机发生故障时，工作人员可以允许设备在短时间内超负荷运转，但必须确保相关参数始终在规定的限度内，否则设备的安全将直接受到影响。其次，也可能出现时间过长的现象如果铁芯或水轮发电机定子过热，应及时安排人员进行全面调查。第三，在水轮发电机运行过程中，存在空气侵蚀现象，可能对零部件造成直接损害。这是水轮发电机故障的主要原因。如果出现这些问题，必须及时向工作人员报告，以便处理这些问题，并确保水轮发电机的安全运行。第四，在运行过程中，水轮发电机可能由于设备的大规模运行和长时间不在工作范围内而导致机油脱壳故障，容易造成安全事故和严重后果。

三、水轮发电机组故障诊断技术的应用分析

（一）故障诊断专家系统

检测单元设备缺陷的方法有多种，如专家系统诊断、模糊理论诊断、灰色理论诊断、神经系统网络诊断等，这些诊断方法有其自身的特点，适用于不同情况。今天，大多数发电机厂都选择了专门的诊断系统，尽管存在缺陷，但在理论上对知识的表示和获取、推理机制、控制战略等有更深入的了解。以确保专业诊断系统诊断的可靠性。

（二）分级结构的抽象诊断法

不同的群组诊断模式可在一定程度上提高相关设备的诊断效率，但研究人员在持续研究该诊断模式时发现，该诊断模式并非对所有故障设备都有效。在此基础上，相关研究人员在发现诊断方法存在缺陷后，对相关改进进行了研究，并提出了多层次结构抽象诊断的思路。其特定诊断方法是在诊断模型中构建抽象概念，并将抽象问题从简单诊断模型转换为在多个抽象诊断模型中选择最佳诊断模型的问题。它还提供了确定诊断模型是否存在故障的指导，从而使您可以在诊断过程中选择最佳诊断模型，从而提高诊断过程的效率。在诊断过程中，请选择最佳诊断模型，该模型自然比常规诊断方法更有效。此外，研究人员还对这种方法进行了实际验证，例如对含有水泵和管道的供水系统进行了建模，结果表明，确定优先次序的方法更为有效。但是，这种诊断方法也有一些缺点，例如，该方法的诊断过程以最佳诊断方法为基础，而且诊断过程通常会产生更多候选模型，从而在一定程度上影响到诊断过程的有效性。

（三）依据模式识别诊断模式

诊断法是基于机组的多元化信号而延伸出来可以在时域或者频域当中通过模型来对故障进行分析和确定的一种诊断方法。如轴承故障的诊断中，采用这种方法能够进行立体模型的构建，更加直观地对故障进行排查，确定故障发生原因和具体位置后能够进行及时的解决。通过LaplacianEigenmaps算法来建立可视化的故障模型，技术人员可以通过立体的图形来对故障的特征进行确定，更加快捷简便地找出故障的具体位置，通过非线性的流形学习也能够在立体空间的结构上对轴承进行动态的故障分析。粗糙的轴承故障可以通过线性辨别法进行诊断和成因分析，对故障的位置进行定位，加快处理故障的速度。这些诊断方法都能够对轴承的故障进行有效的解决，在实际应用过程中具有较强的可行性。我国当前的研究环境当中，对方法分为有监督和无监督两种，但无论是哪一种形式都需要庞大数量的算法，在获取数据方面也需要较长的时间，这就造成了成本的耗损，如果采用这种诊断方法有可能会提升企业的运营成本，所以需要根据实际情况来选择最适合的诊断方法。

（四）健康检测技术

健康测试是确保水轮发电机安全稳定运行的重要手段。最成熟的应用包括振动检测、油液检测、载荷检测、模态检测、无损检测等。其中，振动检测和油液检测在全国液压轮发电机行业得到推广，对主轴承、齿轮箱和发电机等关键设备在液压轮发电机机械传动链上的诊断效果准确，以及一套诊断标准和其检测方法是非常规检测方法，主要用于设计、研发过程中的理论验证和实际事故分析。负载检测主要用于液压轮发电机不同工作状态下的负载计算、动态性能分析、常用的性能分析包括叶片联接螺栓断裂、缸体法兰螺栓断裂、缸体弯矩、扭矩和固有频率分析，并通过将计算值与极限载荷进行比较来诊断问题。模态检测主要用于液压轮发电机的结构损伤检测方法，通过测量计算得到固有频率、阻尼和振动类型，比较原始设计值，诊断是否存在共振现象，结构是否在安全范围内工作；无损检测主要用于叶片、管材和螺栓，通常用于涡旋检测、穿透检测、激光超声检测等。

（五）状态监测

水轮发电机的稳定性是评价其性能的三个主要指标之一。有三个参数:发电机组轮渡、发电机组振动、发电机组水力特性参数，除了这三个参数外，发电机组电磁振动系数和推力轴承参数也需要考虑到发电机组综合检测。考虑到水轮发电机组故障原因和信号特征，可从机组转子性能、机组过流件、推力轴承、机组噪声等方面进行确定。在团体运动中。

结束语

智慧水利是新阶段水利高质量发展的重要标志,水利部将智慧水利作为水利高质量发展的重要实施路径大力推进。未来的水轮发电机组故障诊断首先在前端感知数据方面,传感器的类型会更加丰富,能够获取的数据维度更加全面;其次是具有自学习能力的机器学习等方法的应用,能够对海量的数据进行分析处理,且更加的智能、高效;最后是基于数据分析的上层应用功能会更加丰富、实用,故障诊断、状态评价、趋势预测等功能能够真正满足水电站实际应用需求,使状态监测系统真正服务于水电生产,为制定检修策略、实施状态检修提供科学、充足的数据支撑。

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