作者：赵贵前　

摘要：状态监测系统是实现状态检修必不可少的技术手段，本文通过回顾十三陵电厂PSTA系统的研制和投运，来探讨状态监测技术与状态检修制度的相互关系。
要害词：机组状态检修　机组状态监测　计算机局域网　十三陵蓄能电厂
十三陵蓄能电厂安装有四台混流可逆式水轮发电机组，装机容量为4×200MW。水泵/水轮机组及其附属设备由VOITH公司提供，发电/电动机组及其附属设备由奥地利ELIN公司供货，220KV的SF6绝缘组合电器由瑞士ABB公司制造，220kV出线电缆从瑞士BRUG公司引进。第一台机组于1995年12月投产发电，最后一台机组于1997年6月投入运行。1998年十三陵蓄能电厂进行"无人值班（少人值守）"运行治理和创国家一流水电厂的同时，结合十三陵蓄能电厂的实际情况开展了以水轮发电机组及其辅属设备为对象的状态检修研究探索和实施工作，到目前为止将近4年时间了，积累了一些经验，但离真真的"状态检修"还有很大的差距。状态监测是实现状态检修的基础，本文通过回顾十三陵蓄能电厂设备状态监测的实践，来探讨设备状态检修工作的开展。
1　以计算机监控系统为基础，充分利用现有设备，有目的、有步骤地开展机组状态监测
1.1　十三陵蓄能电厂机组状态监测现状
十三陵蓄能电厂在机组投产时每台机组均配有一套机组轴承摆度和振动以及机组各部水的压力状态监测装置，但没有安装在线的机组状态监测和专家分析系统。这些监测装置主要目的是监测发电机组上导轴承、推力/下导轴承和水轮机组导轴承的运行状况，其监测点包括上导轴承处 X方向的摆度和 Y方向的摆度， X方向的振动和 Y方向的振动，推力/下导轴承处 X方向的摆度和 Y方向的摆度， X方向的振动和 Y方向的振动，水轮机导轴承处X方向的摆度和 Y方向的摆度， X方向的振动和 Y方向的振动，测得的数值送至机组振动摆度监测箱，经处理后就地显示，同时送至全厂监视控制系统，在运行人员操作台（OIS）上实时显示数值和历史趋势记录，当某一数值超过规定值经延时后（各部摆度报警值为325微米，跳闸值为400微米，各部振动报警值为20/秒,跳闸值为25/秒）时，作用于报警和机组跳闸。各部探头选用美国本特利公司（BENTLY）的产品（见下表一）。在机组开启1-2小时由运行人员记录各部的摆度和振动值，以便有关人员进行机组运行状况分析。在需要时，也可以对监视控制系统记录的历史曲线进行分析。但监控系统对模拟量的采样速度低，不足以进行频谱分析，不能分析机组故障和异常的具体原因。
对各部水的压力进行监测的监测点包括压力钢管和蜗壳进口，转轮/导叶之间、尾水管进口、出口，肘部、转轮/顶盖内、外侧。这些压力除现地显示之外，还送至监控系统在OIS上实时数值显示和趋势显示。各部位测的的压力为平均值，不能反映其压力脉动值，也不能用于进行频谱分析。
另外监控系统还采集了机组各部位轴承的温度和油槽的温度、机组的有功、无功、发电机组的定子、转子的电压、电流、上池水位、下池水位、冷却水流量、机组附属设备的运行时间等参数。
在机组投入运行之初，为了测试机组的运行稳定负荷区域，十三陵蓄能电厂与华中理工大学、华北电科院对机组在不同水头段和负荷下进行了机组各部轴承摆度、振动和各侧点的水压脉动，初步把握了机组在不同工况点的稳定运行性能，并对采集的数据进行了频谱分析，得出了一些有益的分析结果。
表　一

1.2　有针对性地开展状态监测
针对上述机组监测装置的缺点，为了获取现场经验，做一些开拓性的尝试，在2000年我厂与清华大学奥技异电气研究所联合开发了十三陵蓄能电厂2#机组稳定性监测和状态检修辅助决策系统。利用原监测装置，增加相应的诊断系统硬件及其软件，对机组各部轴承的摆度、振动和流道要害点的压力脉动值实现在线监测，其采样速度达360点/微秒,采集的现场数据存储在下位机内，可以对整个过程和某一时段进行频谱等数据分析，结合其他相关的监测数据可以进行更深入和具体的分析。通过较长时间的数据积累，逐步建立专家分析系统，更好的指导故障诊断。存储数据和分析结果的服务器直接与全厂MIS网络相连，作为局域网的一个终端，按照客户/服务器的网络结构实现系统资源共享。下一步将着手进行远程诊断的实施。此系统在2001年10月在2号机组投入作用。
1.2.1　本系统体系结构如下图所示：


注：虚线包围的模块为以后扩展的硬件配置。
1.2.2　该系统监测参数如下：
1.2.3　系统主要功能如下：
在线状态信息自动记录功能；实时状态监测，报警和预警；多种信号分析功能；基于工况的趋势分析功能；稳定性性能分析；启停机和甩负荷过程自动记录和分析；在线自动诊断功能；针对运行人员的机组运行事件日志；软件系统采用互联网模式开发，支持网络用户使用。
1.2.4　系统在现场的作用
1.2.4.1　发现了上导摆度的测量干扰问题。由于励磁引线干扰，上导摆度信号测量值偏大，安装PSTA系统时，通过软件处理，成功的去除了干扰信号，还原了上导摆度的真实测量值；
1.2.4.2　自动测定出了机组的不稳定负荷区范围，为机组的合理运行提供了参考；
1.2.4.3　实现了网络化监测，极大的方便了状态监测在全厂范围内的有效进行；
1.2.4.4　提供了启停机及甩负荷过程自动记录和分析功能，无需进行现场试验，即可对机组的过渡过程性能进行精确分析；
1.2.4.5　所有监测数据都与运行工况相联系，可以有效的分析机组在各种工况下的振动，摆度和压力脉动情况；
1.2.4.6　提供了空间轴线图，可以细致的观察机组在运行过程中的大轴摆度情况，可以有效的检查机组的盘车效果。
1.2.5　将PSTA系统用于状态检修辅助决策系统所发挥的作用和发现的问题。
1.2.5.1　PSTA系统的投运，在机组安全运行，优化调度，指导检修三个方面提供了有力的技术保障。
通过有效的报警、预警功能和再线自动诊断，及时发现机组早期故障隐患，防止突发性事故产生，保障机组的安全运行。
通过性能分析，了解各工况下机组运行的稳定性，合理调度机组运行，避开不稳定负荷区，延长机组运行寿命。
通过对过渡过程和稳态数据的分析和比较，了解和把握机组缺陷，找到检修的重点部位和重点问题，提供检修指导意见。
1.2.52　在我厂结合PSTA系统尝试状态检修的过程中，也发现了一些问题，得到了新的体会和感受。
从2001年6月开始，电网将我厂的运行方式确定为纯事故备用电厂，这样一来，机组运行时间不多，系统的某些功能还无法全面表现出来。
系统功能庞大，虽然从理论上对各项功能进行了划分，但并未给运行、检修、维护各个部门的工作提供清楚的监测、分析界面，具体使用时需要现场工程师具备良好的分析素质，与电厂的经常性生产任务结合的不是很紧密。状态监测与诊断系统必须面向不同的使用人群进行功能设计，充分考虑电厂的人员素质水平，面向运行、检修等不同班组进行独立的模块设计，以使系统的使用渗入到电厂各部门的工作中，使得该系统成为电厂日常工作必不可少的有力工具。
该系统目前的监测内容还限于稳定性方面，没有涉及电机、主变和开关等重要设备，可监测的状态有限，需要进一步扩展才能全面支持状态检修。
状态监测辅助决策系统的开发是电厂与开发商共同的任务，必须与电厂的治理模式相配合，不能简单的通过产品采购的方式来确定，因为在状态检修规程还没有出台的情况下，市场上不会有对状态检修提供清楚技术支持的产品出现。
2　结合我厂实际情况建立配套的组织机构和工作流程以适应状态检修工作的展开
2.1　组织机构
为开展状态检修工作，首先应当建立相应的组织机构，明确各机构的职责和相应的工作流程。在组织机构和工作流程确定后，才能选择配置必要的检测设备和软件，应当说,在线监测系统只能提供一部分技术信息，还应当综合利用人工检测，离线监测等一系列手段，才能得到比较完整的状态报告。我厂从1998开始，生产治理进行了多次的变革，目前，生产部门设有发电部共有27人，其中运行人员15人，值班由过去的每值5人到现在中控室实现1人值守，另有三个ON-Call小组（每组两人），负责设备的巡视、抄表和操作等内容，24小时倒换，其余12人负责机组辅属设备，例如自动化设备，二次保护等设备的维护和定检；检修部15人，主要从事主设备的维护和定检；生技部8人，除技术治理外，还增加了物资采购和全厂计算机治理。我厂实施设备状态检修的决策机构，由厂长、生产厂长和安教部组成。开展状态检修工作的专门小组，由生技部各技术专工组成。具体负责设备治理和设备状态信息采集的人员，由发电部正、负部长和检修部正、负部长组成。
2.2　工作流程
2.2.1　把传统的故障维修、定期维修与猜测维修有机地结合起来，根据设备在生产中的重要性和维修费用大小，灵活地选择维修方式。
2.2.1.1　在我厂照明系统、通风系统设备和价格不高且有备用手段的设备实行故障维护。
2.2.1.2　经过多年的实践，我们认为计划检修和状态检修两者是密不可分的。
计划检修是状态检修的一种非凡情况，计划检修是在总结归纳了某一机组或某一类机组在某种条件下运行一定时间后，对其中的设备和部件进行了检修后得出的经验，用这一"总结归纳"确定机组检修的周期。从理论上讲对机组某一部件实施状态检修，是最为经济的。但是对于一台机组来说则不然，因为机组是有诸多设备和部件组成的，而每一个部件的状态检修周期又不可能完全相同，因此，根据每一部件按状态进行机组检修则降低了机组的等效可用系数肯定不符合经济效益最大化的原则。所以，实行考虑状态检修的计划检修是机组检修方式的发展方向。为此，大部分要害设备，在我厂采用离线监测手段，经过分析定期监测到的数据和故障率的统计，综合考虑整体系统内的设备情况确定维修间隔。非凡是主设备，仍然按照国家的有关检修规程和厂家维护要求再加上我们自己的分析进行计划性的定期检修。例如，我厂两台厂高变，投入运行已超过5年，通过各种预防性试验、油质色谱分析和运行情况记录数据，经过专业组的分析认为两台厂高变没有问题，但按国产变压器运行规程要求需要进行吊芯检查，为把握起见，同时也为积累经验，厂部决定对其中的一台（1#）进行吊芯检查，2001年，经过吊芯检查无任何异常。由此，我们将2#厂高变计划检修时间延长，视情况再定检修间隔。
2.3　实施步骤
利用2#机组在线状态监测与辅助专家诊断系统在实际工作中取得的经验，将其余三台机组水机部分的在线监测和故障诊断工作完成。在完成全厂水机部分的在线状态监测与故障诊断基础上，对发电机及其辅属设备进行这方面的工作，并最终完成全厂的在线状态监测与故障诊断系统。
在线状态监测仅仅是设备状态监测的一种手段，传统的人工定检方式方法的不断改进，同样是我们丰富和发展状态监测的手段，在这方面我们已经做了不少的工作，并取得了很好的效果，例如，2000年到2001年，我们开发并投入了运行巡检条码系统和监控跟踪分析系统，极大地丰富和提高了我们的设备状态监测手段。
光有监测和分析并不能保证状态检修的真正实施，如何根据发现的设备状态变化，及时地采取相应的预防措施，对我们开展设备维护有着重要的的意义。所以，丰富离线监测，发展在线监测，然后把这两种监测手段结合起来，建立一个自动监测和人工监测相结合的更高层次的状态跟踪系统，在此基础上逐步完善具有相应预防措施功能的专家分析系统是我厂实现状态检修的一贯步骤。按照这一思路，目前我厂正在与华北电力科学研究院共同开发针对我厂的发电机故障诊断专家系统，该系统预计在2004年底投入使用。
3　结束语
综上所述，我厂在状态监测与诊断系统的研制过程中，跟踪和把握了大量的先进技术，为我厂全面开展状态检修工作，成立相应的组织机构和制定工作流程奠定了良好的基础。非常可喜的是，国家电力公司最近下发的"水电厂开展状态检修工作的指导意见"（征求意见稿）明确点明了状态检修工作的组织策略，实施步骤和发展方向，与十三陵电厂近年来开展的状态检修前期工作的经验和体会不谋而合，相信该"意见"可以极大的促进全国状态检修工作的组织和开展，十三陵电厂作为首批状态检修试点单位，也会在国电公司导则的基础上，进一步组织和完善状态检修治理体制和技术平台，积极促进状态检修工作的全面发展。