樓旭東

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和各行各業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)從安全生產(chǎn)控制大區(qū)向生產(chǎn)管理信息區(qū)的安全傳遞、匯聚、管理及應(yīng)用，建立水輪發(fā)電機(jī)組及其主要輔助設(shè)備故障機(jī)理模型與新一代信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析模型相結(jié)合的智能分析、可視化展示、專家集中分析模式，降低信息系統(tǒng)運(yùn)算資源使用率，提高故障分析預(yù)測(cè)可靠性和效率，大幅提升設(shè)備精細(xì)化、精益化管理水平，助力水電廠設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、機(jī)組狀態(tài)檢修質(zhì)量提升和精品機(jī)組打造，為生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：水電設(shè)備運(yùn)行機(jī)理;計(jì)算模型;特征值

引言

隨著國(guó)家超級(jí)大型水電機(jī)組的相繼投產(chǎn)，其調(diào)速器的可靠性未來將會(huì)直接決定著電網(wǎng)安全，因此對(duì)調(diào)速器的可靠性要求未來將達(dá)到一個(gè)新的高度。機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行要求將振動(dòng)限制在允許的范圍之內(nèi)，由于水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，引起機(jī)組振動(dòng)及異常的原因很多，主要結(jié)構(gòu)部件強(qiáng)度不夠、導(dǎo)軸承故障、軸承甩油和溢油、空化空蝕、卡門渦引起的葉片裂紋等問題。

1常規(guī)設(shè)備狀態(tài)分析方式存在的問題

1）常規(guī)設(shè)備狀態(tài)分析和評(píng)價(jià)主要基于離線數(shù)據(jù)進(jìn)行，而離線數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)多樣，采用人工方式分析，數(shù)據(jù)處理效率低、實(shí)時(shí)性差。2）各在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理及應(yīng)用平臺(tái)，數(shù)據(jù)孤島效應(yīng)嚴(yán)重，數(shù)據(jù)綜合利用率較低，難以建立多維度、全方位及較科學(xué)的設(shè)備分析模型。3）公司運(yùn)營(yíng)管理電站點(diǎn)多面廣，技能人才分散，不能充分發(fā)揮公司專業(yè)技術(shù)人員群智優(yōu)勢(shì)，難以對(duì)影響設(shè)備安全、檢修策劃及開停機(jī)等重大問題的分析和處理進(jìn)行有效組織。4）常規(guī)設(shè)備狀態(tài)分析方式，不利于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)由“時(shí)間域”向“模型域”、由“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)警”向“狀態(tài)數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)”轉(zhuǎn)變和設(shè)備精細(xì)化運(yùn)維管理提升。5）常規(guī)設(shè)備狀態(tài)分析方式，缺乏充分、嚴(yán)密的數(shù)理依據(jù)，導(dǎo)致機(jī)組檢修策劃和物資準(zhǔn)備等缺乏針對(duì)性，存在一定欠檢修或過檢修現(xiàn)象，不利于設(shè)備可用率提高和檢修成本控制。

2設(shè)備機(jī)理與大數(shù)據(jù)處理下的水電設(shè)備遠(yuǎn)程智能分析對(duì)策

2.1網(wǎng)絡(luò)隔離裝置

由于機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)屬于兩個(gè)不同的安全區(qū)，根據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體規(guī)定，在機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)之間必須安裝網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備一般安裝于機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與WEB服務(wù)器之間，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)及因特網(wǎng)之間的物理隔離，其中機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為內(nèi)網(wǎng)，電站生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)為外網(wǎng)，機(jī)組在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)只能由內(nèi)網(wǎng)向外網(wǎng)單向傳送。裝置除采用基本的防火墻、代理服務(wù)器等安全防護(hù)技術(shù)之外，還需采用“雙機(jī)非網(wǎng)”的物理隔離技術(shù)，即裝置可以阻斷網(wǎng)絡(luò)直接連接。

2.2補(bǔ)償機(jī)組功率給定值

在監(jiān)控系統(tǒng)中，功率給定與機(jī)組發(fā)電功率差值計(jì)算后經(jīng)功率調(diào)節(jié)器作用轉(zhuǎn)換為寬度不等的脈沖增減指令下發(fā)至機(jī)組調(diào)速器，脈沖寬度取決于功率偏差的大小，偏差較大時(shí)脈寬越大，偏差較小時(shí)脈寬越小，偏差為正時(shí)發(fā)出增脈沖，偏差為負(fù)時(shí)發(fā)出減脈沖。調(diào)速器根據(jù)脈沖發(fā)出導(dǎo)葉開度給定值增/減階躍，階躍持續(xù)時(shí)間與脈沖寬度一致。導(dǎo)葉開度給定值增/減階躍經(jīng)過開度給定積分器計(jì)算得到導(dǎo)葉開度計(jì)算值，對(duì)于一個(gè)階躍信號(hào)輸入積分環(huán)節(jié)輸出為一個(gè)斜坡響應(yīng)，斜坡響應(yīng)的變化速率由開度給定積分器時(shí)間常數(shù)所決定。計(jì)算得到的導(dǎo)葉開度計(jì)算值作為監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)的開度給定值輸入至調(diào)速器開度模式，監(jiān)控功率閉環(huán)相當(dāng)于一個(gè)積分調(diào)節(jié)過程。根據(jù)機(jī)組調(diào)速器的調(diào)頻特性可知，機(jī)組功率變化是先快后慢的過渡過程。若在監(jiān)控系統(tǒng)中調(diào)頻功率修正值以階躍形式輸入到功率閉環(huán)調(diào)節(jié)器，在功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的積分作用下易造成明顯超調(diào)。尤其在規(guī)模較小的西南交流同步電網(wǎng)中，主力水電機(jī)組調(diào)速器均采用了小網(wǎng)模式參數(shù)，放緩出力調(diào)節(jié)速度來增強(qiáng)系統(tǒng)超低頻振蕩阻尼，其調(diào)頻過程過渡時(shí)間是正常大網(wǎng)模式參數(shù)下的數(shù)倍甚至10倍，若水電站監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)速度較快，易導(dǎo)致機(jī)組出力調(diào)節(jié)出現(xiàn)振蕩。在不改變功率閉環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)的原則下對(duì)調(diào)頻功率修正值適當(dāng)限速或遲滯，確保與機(jī)組調(diào)速器的調(diào)頻特性相協(xié)調(diào)，可使調(diào)頻過程更加穩(wěn)定。

2.3工作人員的專業(yè)性

我國(guó)小水電站的工作人員上崗前一般是沒有經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，導(dǎo)致很多工作人員在工作時(shí)就會(huì)面臨專業(yè)能力不足、專業(yè)性不強(qiáng)的問題。這對(duì)水電站的生產(chǎn)運(yùn)行都產(chǎn)生了很大的影響，而且這種現(xiàn)象較為普遍，小水電站本就十分依賴經(jīng)濟(jì)效益，工作人員專業(yè)能力的欠缺會(huì)給水電站的效益及生存環(huán)境都造成很大的限制。在發(fā)展水電站自我規(guī)模時(shí)，一般也會(huì)使人員規(guī)模擴(kuò)大。但是由于很多工作人員專業(yè)性不強(qiáng)的原因，即使人員規(guī)模擴(kuò)大了，水電站所掌握的有效資源條件和有效專業(yè)人員規(guī)模依然不會(huì)有太大的改善。因此要先致力于將現(xiàn)有的工作人員的專業(yè)水平素質(zhì)提升，才能合理安排工作人員，做到工作人員隊(duì)伍整體的工作能力和業(yè)務(wù)水平的提升。如可以減員增效，減少值班人員，分工明確使每個(gè)值班人員都有任務(wù)可做，不浪費(fèi)時(shí)間。同時(shí)對(duì)現(xiàn)有人員結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)更新，引進(jìn)專業(yè)人才為水電站注入活力的同時(shí)提升專業(yè)性和工作效率，以此來提升水電站的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4數(shù)據(jù)可視化分析模型建立

1）根據(jù)相似工況及相似運(yùn)行環(huán)境下特征數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)，建立以特征數(shù)據(jù)和緩變量為要素的數(shù)據(jù)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)模型，避免暫態(tài)工況對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)或特征分布的影響，提升故障趨勢(shì)判斷的可靠性，例如定子不圓度預(yù)測(cè)中，為避免開停機(jī)過程和空載過程中機(jī)組變轉(zhuǎn)速、變勵(lì)磁對(duì)圓度的影響，在算法模型中利用有功功率、勵(lì)磁電流限制分析工況。2）根據(jù)同一電站水輪發(fā)電機(jī)組及主輔設(shè)備型號(hào)相同，機(jī)械、水力及電氣特性相似的特性，開發(fā)設(shè)備運(yùn)行特征數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ饶Ｐ?，提高設(shè)備運(yùn)行異常狀態(tài)和機(jī)組綜合性能的快速識(shí)別及判斷能力。3）針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組及主輔設(shè)備等振動(dòng)、擺度、溫度、流量及壓力等同類監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多，且現(xiàn)有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無法在設(shè)備運(yùn)行參數(shù)到達(dá)故障之前報(bào)警的問題，研發(fā)同類數(shù)據(jù)聚合算法及數(shù)據(jù)展示模型，提高大量同類數(shù)據(jù)異常變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)和感知能力，例如在發(fā)電機(jī)定子繞組溫度監(jiān)測(cè)中，利用均方根等相關(guān)算法，將數(shù)十個(gè)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)聚合為一個(gè)，減少監(jiān)測(cè)點(diǎn)，降低下一階段三維算法的數(shù)據(jù)處理量。

結(jié)語

水電站發(fā)展過程中進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所需的基本要求并進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)水電站由于自身性質(zhì)的原因運(yùn)行管理的特殊性、特點(diǎn)明確性，根據(jù)實(shí)際情況提出了一些建議與解決方法，希望能對(duì)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的工作人員起到一些幫助作用，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作的順利開展。對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理優(yōu)化工作早已被相關(guān)研究人員注意到，并已提出了一些行之有效的方法，取得了一定的成就。正如前人所作，未來在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理的實(shí)踐中還需要研究開發(fā)更多的優(yōu)化措施來解決實(shí)踐中出現(xiàn)的各式各樣的困難，隨著新理論新技術(shù)的出現(xiàn)，期待未來經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究人員、工作人員能在實(shí)踐中最快速度地找到更為優(yōu)秀、符合實(shí)際的方案，推動(dòng)我國(guó)水電站工作的發(fā)展。

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