陳 勤，潘菊芳，楊建渺，章 亮，趙 鋒

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江 天臺 317200)

0 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，利用已建桐柏水電站(裝機8 MW)的水庫作為上水庫，新建下水庫位于三茅溪支流百丈溪中游，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站.電站以500 kV電壓等級接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用任務［1］.安裝了四臺300 MW立軸單級混流可逆式水泵水輪機－發(fā)電電動機組.由于機組單機容量大，結(jié)構(gòu)復雜且自動化程度高.機組在運行中，如果其中的某一部件發(fā)生故障，就有可能影響到整臺機組的安全穩(wěn)定運行，造成重大的經(jīng)濟損失，甚至于帶來災難性的后果.因此，桐柏抽水蓄能電站在機組投產(chǎn)之初，就將DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)投入了運行，從而確保了機組安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟的運行.

1 概述

桐柏抽水蓄能電站采用奧地利VA TECH的DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)［2］.該系統(tǒng)針對抽水蓄能機組的特點，通過趨勢、圖形及各類監(jiān)測信息，對多臺機組的運行狀況進行實時監(jiān)測，并給出狀態(tài)報告.該系統(tǒng)還可以顯示某一部分的詳細信息，如溫度、振動、氣蝕和噪音等等.所有的相關(guān)數(shù)據(jù)都被存貯在專門的數(shù)據(jù)庫中，并形成各類圖表，用于顯示、分析和比較.

2 DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)簡介

2.1 DIA TECH 核心系統(tǒng)

圖1就是DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).圖中灰色部份就是DIA TECH核心系統(tǒng)，包括主程序，傳輸程序和配置文件(feeder.ini)和LCSAPI(現(xiàn)地應用軟件包接口)和它的配置文件 LCS－LCL.CFG 和 LCS－RMT.CFG).

圖1 DIA TECH系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

主程序是核心系統(tǒng)的核心部分，它由以下三部分組成:

預處理器:這部分是一個到不同的數(shù)據(jù)服務器的接口.(例如:結(jié)構(gòu)性噪音數(shù)據(jù)服務器，SAT DS)在預處理器中還配有與模擬客戶終端的接口.模擬客戶終端是一個小程序用來在試驗時送數(shù)據(jù)到核心系統(tǒng).

書架:這部分的程序是與智能模塊的界面接口，通過這個接口與以下模塊相連接:

系統(tǒng)控制器:這部分負責不同的工作任務之間的配合協(xié)調(diào).它檢查常規(guī)的限定值，這些限定值在所有的測量點已被設定.在系統(tǒng)控制器里有兩種限定值(上限和下限).而且這部分有一個到控制客戶終端的接口.用此模塊用戶可以激活系統(tǒng)內(nèi)的測量點，測量點可以通過系統(tǒng)自動復原.(如果數(shù)據(jù)傳送點數(shù)值過多主程序會將此測量點的數(shù)據(jù)自動復原.如果故障信號已被維修，用戶可以使用控制客戶終端激活此信號.數(shù)據(jù)傳送率的限制在DIA TECH系統(tǒng)配置中設定.主程序的數(shù)據(jù)配置通過LCSAPI庫獲得，LCSAPI庫從現(xiàn)地ACCESS數(shù)據(jù)庫得到.此數(shù)據(jù)的備份存儲在SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi).因此配置的數(shù)據(jù)是冗余的，因此DIA TECH主程序可以通過SQL數(shù)據(jù)庫或ACCESS數(shù)據(jù)庫起動.LCSAPI庫包含了要進入數(shù)據(jù)庫的不同的功能.這個進入是發(fā)生在ODBC(開放式數(shù)據(jù)庫連通性)接口.ODBC數(shù)據(jù)配置接口發(fā)生在操作系統(tǒng)和文件LCL－LCL.CFG和文件LCLRM T.CFG.傳輸程序管理主程序，數(shù)據(jù)庫和可視部分間的數(shù)據(jù)傳送.傳輸程序也用LCSAPI庫進入數(shù)據(jù)庫.現(xiàn)地設置存儲在文件“feeder.ini”內(nèi).

2.2 硬件構(gòu)成

DIA TECH系統(tǒng)由3臺計算機組成.第一臺命名為:DIA TECH主計算機(工業(yè)PC19—控制盤)，它是服務于DIA TECH核心系統(tǒng)和SQL數(shù)據(jù)庫.第二臺命名為:DIA TECH MGM計算機(工業(yè)PC19—控制盤)，它是服務于DIA TECH MGM.最后一臺命名為:可視計算機(個人計算機—控制室)，用于可視程序.

2.3 軟件構(gòu)成

核心系統(tǒng)的操作是在Windows XP操作系統(tǒng)完成，它由表1主程序和表2傳輸程序軟件包組成:

表1 主程序

表2 傳輸程序

2.4 DIA TECH系統(tǒng)控制柜

DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)控制柜見圖2.

圖2 DIA TECH控制柜

2.5 模塊功能

桐柏電站的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)用于電站四臺機組的監(jiān)測和診斷，包含了以下模塊:震動、擺度監(jiān)測和保護模塊、局部放電模塊、DIA TECH機組間隙監(jiān)測模塊、DIA TECH冷卻空氣分析模塊、DIA TECH結(jié)構(gòu)性噪音模塊、DIA TECH熱模塊、DIA TECH轉(zhuǎn)子溫度模塊、DIA TECH氣蝕模塊.

2.5.1 振動、擺度監(jiān)測和保護模塊

每臺機配備了振動和擺度探測裝置，探測裝置通過4－20 mA的模擬輸出與CSCS連接.兩路電氣回路單獨連接:一是顯示振幅和報警，另一路是停機［3］.提供給每臺機兩組轉(zhuǎn)子振動探測裝置，對轉(zhuǎn)子水平和垂直振動進行探測，探測裝置通過發(fā)電機的端子箱與端子排連接.振動和擺度測點的布置見圖3.

圖3 振動和擺度測點的布置

2.5.2 局部放電測量模塊

桐柏電站安裝了一套在線局部放電監(jiān)測系統(tǒng)［4］.每臺機組都安裝耦合器來對正在運行的機組進行局部放電分析.這個系統(tǒng)包括:電容耦合器，PDD終端(每臺機設置)，局部放電分析儀(PDA，整個電站一套)，PDD制圖和分析軟件(整個電站一套).DIA TECH局放分析儀提供定子線棒的局部放電監(jiān)測和分析.局部放電監(jiān)測系統(tǒng)主要由耦合器組成，這些耦合器用電纜與帶PDA終端盒的PDA裝置連接起來，PDA終端箱在發(fā)電機出線端附近.這個多通道的局部放電分析儀和分析裝置用來測量已安裝耦合器的線棒的永久性的和在線的PDA值.

2.5.3 DIA TECH MGM 空氣間隙模塊

機組空氣間隙模塊(MGM)是用于監(jiān)測機組早期發(fā)生間隙改變的情況.它提供監(jiān)測設備狀況的診斷信息.如果間隙已發(fā)生改變，將診斷引起問題的原因.包括以下部位的監(jiān)測:軸承間隙徑向的熱移位監(jiān)測、轉(zhuǎn)輪間隙最小的尖端間隙損失監(jiān)測、G/M空氣間隙監(jiān)測.

2.5.4 冷卻空氣的分析模塊

冷卻空氣分析模塊(CAA)由兩個獨立的子模塊組成，分別是“熱點監(jiān)測”(HS)和“臭氧監(jiān)測”(O3)模塊.兩個模塊都是基于相似的測量原理:取樣是從G/M冷卻空氣回路取得，在特定條件下絕緣材料釋放出某些氣體成分的濃度或是臭氧的成分，通過特殊的軟管從發(fā)電機中取樣提供給各自的分析儀，分析儀來決定有利害關(guān)系的氣體的濃度，分析的結(jié)果傳給DIA TECH系統(tǒng)，由系統(tǒng)來評估目前發(fā)電機的運行條件和狀況.DIA TECH-CAA-HS通過碳氫化合物氣體的分析來診斷所有線棒的連接(線棒端部、匯流排、引出線的連接)，同時分析結(jié)果也能反映絕緣材料的熱應力.DIA TECH-CAA-O3對表面局部放電的診斷結(jié)論能夠反映出在定子線棒區(qū)域的粉塵、電位階躍變化和絕緣損壞情況.

2.5.5 其它功能模塊

桐柏蓄能電站的DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)還包括其它的一些功能模塊，如結(jié)構(gòu)性噪音模塊用于對由于松動引起的鐵芯條件變化(包括壓板、壓緊螺栓及線棒)的檢測和診斷［5］.熱模塊用于發(fā)電機鐵芯、線棒等溫度的熱診斷.還有轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測以及水輪機的氣蝕監(jiān)測等等.

3 DIA TECH可視化系統(tǒng)

DIA TECH可視程序是DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的圖形用戶界面(GUI).它的作用是顯示和診斷從DIA TECH核心系統(tǒng)來的數(shù)據(jù)和信息.可以以不同的畫面顯示當前和歷史的數(shù)據(jù).作為核心系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€客戶終端，可視程序連接到傳輸程序是遵循TCP/IP協(xié)議的.幾個可視程序能同時在不同的計算機內(nèi)運行，每個程序觀察不同的數(shù)據(jù).可視程序有兩個主要部分:數(shù)據(jù)觀察窗口和信息窗口.數(shù)據(jù)觀察窗口內(nèi)是一個數(shù)據(jù)顯示區(qū)，以下有3種不同類型的顯示:圖形顯示、趨勢圖、頻率圖表.

3.1 圖形顯示

也是指圖形或瀏覽圖形，用于觀察當前系統(tǒng)數(shù)據(jù).屏幕的組成是由一個靜止的背景和一系列成階梯的數(shù)據(jù)值組成.背景和數(shù)字和數(shù)據(jù)點的大小是用戶配置的，見圖4.

3.2 趨勢顯示

趨勢顯示用于觀察隨時間推移數(shù)據(jù)的變化.數(shù)據(jù)在下圖格子里的灰色線顯示出來.垂直軸代表了數(shù)據(jù)的量，水平軸代表了時間.用戶可以從幾個選項中選擇數(shù)據(jù)如何顯示.見圖5就是趨勢圖形顯示.

3.3 頻率圖表(FFT)

頻率圖表顯示的數(shù)據(jù)，一個條形代表了不同頻率組成的量.在圖表的左下角的水平軸顯示了基礎頻率的倍數(shù).一個頻率圖表樣本見圖6.

DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的另一個重要功能是具有報警和診斷信息.信息分為兩類，狀態(tài)信息和診斷信息.狀態(tài)信息由主程序產(chǎn)生，包括軟、硬件故障，各測量值是否越限等.診斷信息由診斷模塊產(chǎn)生，包括各種數(shù)據(jù)的診斷邏輯和診斷結(jié)果，可為專業(yè)人員了解機組狀態(tài)和故障分析提供參考依據(jù).

4 結(jié)論

DIA TECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)是針對大容量水輪發(fā)電機組開發(fā)的分布式、網(wǎng)絡化的多機組在線狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng).整個系統(tǒng)采用先進的現(xiàn)場網(wǎng)絡技術(shù)和模塊化積木式的結(jié)構(gòu)，集實時數(shù)據(jù)采集與處理、在線數(shù)據(jù)分析與儲存、完備的分析功能和故障診斷于一體.整個系統(tǒng)采用友好、直觀的Windows XP界面，具有結(jié)構(gòu)合理、測量精度高、分析軟件實用性強、抗干擾能力強、使用簡單靈活、安裝維護方便、分析功能強大等特點.該系統(tǒng)已在桐柏抽水蓄能電站應用多年，實踐證明，該系統(tǒng)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)及報表為機組的各級別檢修工作提供了重要的參考.然而故障診斷技術(shù)遠未達到定量診斷的水平，設備狀態(tài)監(jiān)測的手段、故障機理研究和診斷知識的獲取也是一項長期的工作.桐柏抽水蓄能電站將會一如既往的作好機組狀態(tài)監(jiān)測和診斷工作，為下一步機組狀態(tài)檢修工作打下扎實的基礎.

［1］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［2］舒建紅，鄭建鋒.狀態(tài)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)在抽水蓄能電站的應用［J］.華電技術(shù)，2009(4):28 －31.

［3］陳 勇，洪傳文.基于LabVIEW的水輪機振動信號采集與處理［J］.水電與新能源，2010(5):31－33.

［4］蔡國雄.在線監(jiān)測與診斷技術(shù)的特點及發(fā)展方向［J］.高電壓技術(shù)，1992(1):22－25.

［5］張齊兵.機械設備故障診斷特征參數(shù)的研究與應用［J］.重型機械，1996(6):45－48.