9水电主设备在线监测与状态检修决策评估技术及发展

水电主设备状态监测与状态检修决策评估技术及发展南京南瑞集团公司水利水电技术分公司2015年07月提纲11状态监测技术22状态监测统一平台技术3333智能化水电厂状态检修决策评估技术44典型工程应用状态监测技术---状态监测意义及定义l状态监测意义防止突发事故，保证机组运行安全；新投产起动试运行过程发现问题，优化机组特性；机组正常运行过程避开非正常状态运行，延长机组寿命；提高设备运行健康监测和分析水平，为技术监督、技改和状态检修提供重要参考。l机组状态监测系统定义利用计算机技术对机组运行过程振动、摆度、压力脉动、气隙等状态参数连续采集和在线监测，实时掌控机组当前工作状况，采取多种手段进行分析诊断，自动记录设备状态数据并生成设备状态报表，及时发现故障隐患，并进行报警监视和事故追忆，从而减少破坏性事故发生，指导机组安全、可靠、经济运行。状态监测技术---发展历程•简单仪表显示•单机监测•局域网监测分析简单仪表单机监测•局域网监测分析•广域网远程分析诊断局域网监测分析广域网远程分析诊断l总体情况机组状态监测系统安装广泛，机组振摆保护系统推广应用，状态检修决策支持系统试点应用；新建及改造电站监测范围广泛，设备技术水平先进；老电站监测对象单一，设备技术水平需要提升。状态监测技术---技术现状老电站监测对象单一，设备技术水平需要提升。l机组状态监测系统各类电站普遍安装；振动、摆度、压力脉动监测普遍，气隙、磁通量、局部放电、超声波流量计监测推广，空化空蚀、线棒端部振动、定子测温链监测试点；机组状态监测系统供货商：南瑞、奥技异、华科同安等。l机组振摆保护系统机组安全反措一项重要技术手段，处于推广应用阶段；现地装置稳定可靠逻辑组态输出振摆保护动作信号，振摆传感器稳定性及抗干扰要求高，上位机与机组状态监测系统合并。l机组状态监测分析及状态检修决策评估状态监测技术---技术现状l机组状态监测分析及状态检修决策评估大部分电站具备在线监测及告警，状态分析偏弱，几乎无故障诊断，部分电站具备状态监测Web发布及与监控数据交互。极少数电站具备符合发变电设备状态评价、状态检修相关导则要求的设备状态评价、风险评估及检修决策支持等高级应用。状态监测技术---监测对象状态监测技术---监测对象Ø机架振动：频速度式传感器。Ø摆度：涡流传感器、平板电容传感器。Ø键相/转速：电涡流传感器。Ø水压脉动：压力变送器。Ø定子铁芯振动：压电加速度传感器。Ø气隙、磁通量：平板电容传感器。振动传感器电涡流摆度传感器状态监测技术---传感器Ø气隙、磁通量：平板电容传感器。Ø有功/无功、励磁电压/电流：电量变送器。Ø局部放电：EMC电容耦合器。Ø定子线棒振动：光纤加速度器。Ø空化空蚀：超声传感器。Ø机组流量：超声波流量计。压力脉动变送器气隙及磁通量传感器光纤加速度传感器压电加速度传感器1、水电机组单机容量不断增加。2、水电机组安全运行的要求。3、萨扬-舒申斯克电站“8.17”事故：从8时0分2#机组顶盖振动超标，到8时13分振动持续增加，水轮机出力基数由600MW降低至475MW，状况持续恶化，8时13分25秒，机组负荷为0，振动超标时间超过13分钟而没有采取措施。4、大中型水电机组配置机组振摆保护控制系统是有必要的。状态监测技术---振摆保护4、大中型水电机组配置机组振摆保护控制系统是有必要的。5、《关于吸取俄罗斯萨扬水电站事故教训进一步加强水电站安全监督管理的意见》（电监会安全[2010]2号）机组振摆保护==机组振摆越限停机状态监测技术---振摆保护与在线监测区别项目机组振摆保护机组在线监测设备属性保护控制设备监测设备可靠性要求高一般系统结构简单较复杂功能要求简单齐全电力二次系统安全防护分区控制区(安全区I)非控制区(安全区Ⅱ)测点对象较单一，机械：振动、摆度较全面，机械、电气、水力：振动、摆度、压力脉动、气隙、磁通量、局放等测点数量少多Ø传感器及信号回路尽可能单独设置，与在线监测系统相互独立Ø仅实现机组振摆值实时监测、超标报警和延时跳闸停机“单一功能”Ø保护装置中各模块均可独立工作状态监测技术--振摆保护设计原则Ø保护装置中各模块均可独立工作Ø保护动作出口只设一个回路，接入监控LCU，启动“机械事故”停机流程Ø告警/保护策略应简单，保护定值应结合机组工况，采取“一厂一策”或“一机一策”Ø后台数据应具备数据记忆功能状态监测技术---振摆保护策略Ø报警策略任一测点达到一级报警，延时后装置告警继电器动作Ø保护控制策略任一位置多个测点同时达二级报警，延时后装置保护控制继电器动作Ø结合工况判断稳定工况、非稳定工况采取不同的定值及闭锁时间Ø保护定值及延时时长确认统计历史数据、讨论确认，初期适当放宽，运行过程中逐步优化。状态监测技术---状态监测分析功能状态监测技术---机组状态监测分析Ø灵敏预警技术Ø海量数据智能存储及组态化事故追忆ØB/S分级浏览及可组态状态报表生成Ø在线性能试验、离线数据分析及状态报告生成Ø振动摆度状态监测分析Ø压力脉动状态监测分析Ø实时趋势分析Ø实时趋势分析Ø能量特性状态分析Ø发电机气隙及磁通量状态分析Ø发电机绝缘状态分析Ø发电机运行参数状态分析Ø水轮机空化空蚀状态分析Ø机组瞬时过程状态分析Ø机组优化运行状态分析Ø监控系统AGC机组避振动区策略联动状态监测技术---变电设备在线监测分析Ø主变压器在线监测分析变压器油中溶解气体及微水含量监测分析变压器油色谱波谱数据图形显示变压器油色谱气体定标变压器绕组温度监测分析变压器局部放电监测分析变压器高压套管监测分析变压器侵入波监测分析变压器运行工况监测分析Ø断路器/GIS状态分析断路器SF6气体压力及水分监测分析断路器负荷电流波形及电寿命分析诊断断路器分合闸线圈电流波形分析断路器机械特性分析状态监测技术---变电设备在线监测分析断路器机械特性分析断路器储能电机工作状态监测分析断路器运行环境诊断断路器信息历史查询GIS绝缘运行监测报警GIS局放数据存储GIS局放图谱及放电特性数据分析状态监测技术---状态监测趋势分析Ø散点图分析Ø相关量分析Ø同一/不同机组比较分析Ø偏差分析Ø报警分析Ø报警分析Ø数字特征分析Ø开关量统计分析Ø最值分析Ø调速油系统性能分析Ø顶盖排水系统性能分析Ø测值预测等提纲11状态监测技术22状态监测平台技术33智能化水电厂状态检修决策评估技术44典型工程应用状态监测平台技术---必要性l电源公司、流域公司、主机厂家现状各电站状态监测集中管理分析及状态检修统一决策评估应用不足各电站状态监测系统建设水平参差不齐分析诊断应用不足足输变电设备在线监测系统建设及综合运用水平不高各电站设备状态监测系统建设缺乏统一的标准缺乏远程传输及汇总的电源公司层或主机厂家统一的系统平台，信息孤岛现象严重l电站开展输变电设备状态监测与状态检修工作实际需求l电源公司“大检修”体系构建组成内容l电源公司“技术监督”业务发展重要支撑状态监测平台技术---必要性l监测分析诊断技术应用及运行保障技术发展必然选择l电站设备状态评估客观需求l提高设备管理的效率和效益，建设一流调峰调频电站设备状态评价中心及设备诊断预警中心l提高电源公司各电站主设备运行安全性、可靠性和利用率，提升各电站设备检修管理及综合生产管理集约化水平监测平台技术---平台建设目标l提升各电站设备状态监测建设水平，提升电源公司水电设备状态评价及决策评估能力l贯彻电源公司“大检修”体系精神，落实基于综合诊断的检修策略，为设备定修向状态检修过渡奠定技术基础l提高公司设备状态监测和故障诊断专业化水平，促进设备故障诊断分析的规范化、标准化监测平台技术---平台建设目标l公司集控中心平台建设配置相应软硬件设备及状态监测网络远程传输设备，完成本部系统搭建，系统软件研发及功能应用。l电站服务工作站建设状态监测平台技术---平台建设任务建设电站服务工作站，配置相应软硬件设备及状态监测网络远程传输设备，完成系统试点电站服务工作站部分搭建，实现与电站机组状态监测系统数据交互，进而接入公司本部平台系统。l系统建设三层目标设备运行的状态监测；设备异常时的故障诊断；设备故障的早期诊断与早期预报。l建设思路状态监测平台技术---平台建设思路l建设思路根据现状及技术水平确定系统的结构体系、网络结构体系以及监测对象、监测手段，选择硬件、软件系统平台,通过在线监测、离线监测（或巡检）以及测试数据等方法的有机结合，实现对水电设备运行状态的远程实时在线监测与分析。•监测技术；•通信技术；•广域网技术、远程访问技术；••海量数据库技术；海量数据库技术；状态监测平台技术---关键技术••一体化诊断分析技术；一体化诊断分析技术；••标准化通信接口技术（标准化通信接口技术（IEC61850IEC61850，，IEC61970IEC61970等）等）项目波形数据与特征数据（KB/s）至少网络带宽(Mb/s)推荐通信线路稳定性监测65.52.0光缆发电机气隙监测160.3发电机局部放电监测0.03主变油色谱监测可忽略双绞线监控系统4双绞线l系统建设能在技术上为电源公司运维一体化体系的建立和运转提供坚强的支撑。l系统建设能对电站设备进行有效的设备监测和故障诊断，保障设备运行安全，降低设备维修成本，提高电站经济运行水平，提高电源公司经济效益。状态监测平台技术---系统特点效益。l系统建设是开展输变电设备状态监测与状态检修工作的实际需求，是“大检修”体系构建的组成内容，是公司技术监督业务发展的重要支撑。l系统建设以电站状态监测设备现行条件为基础，逐步进行电站状态监测设备的技术升级，以统一标准、实用先进、安全可靠、统筹考虑、节约投资为原则，全面设计、分步实施，最终实现系统建设目标。状态监测平台技术--典型应用系统功能示意图监测监测平台技术---典型应用系统结构状态监测平台技术---典型应用网络结构状态监测平台技术---典型应用系统软件功能方框图状态监测平台技术---图形画面l通过可以定制的图形界面，展示用户需要的各种数据，包括波形图、频谱图、轴心姿态图、三维瀑布图、极坐标图等。l系统应具备编辑及展示功能，编辑时要易用，展示时要高效。状态监测平台技术---图形画面状态监测平台技术---报表制作状态监测平台技术---离线波形分析离线分析主要针对机组波形文件进行分析，分析内容包括：波形频谱，波形长图，三维瀑布图，轴心轨迹，相关分析，动平衡分析，盘车试验，效率分析。状态监测平台技术---离线波形分析Ø相干度分析Ø相关分析Ø协联分析Ø瀑布图提纲11状态监测技术22状态监测平台技术33智能化水电厂状态检修决策评估技术44典型工程应用智能化水电厂状态检修决策评估技术---设备检修模式ØØ设备检修的必要性设备检修的必要性水电厂机组在运行中不断受到泥沙磨损、汽蚀破坏、机械磨损及其它机械或电气损伤，致使发电设备效率降低，寿命缩短，若不及时监测诊断并适时进行检修，将有可能引发事故，造成巨大经济损失；ØØ事后检修模式事后检修模式在设备发生故障后才进行检修，此时故障已经发生，损失已经造成。ØØ计划检修模式计划检修模式我国水电厂设备的检修,除目前新的发电厂外普遍实行的都是预防性检修也即计划性检修体制应修(即到期)必修,修必修好,是设备检修的基本原则。智能化水电厂状态检修决策评估技术智能化水电厂状态检修决策评估技术------状态检修意义状态检修意义ØØ状态检修意义状态检修意义通过对设备状态实时评估，掌握设备当前运行状况，对于存在缺陷设备，及时消除隐患，提高设备完好率和健康水平，保证设备安全运行，对于运行良好设备适当延长检修周期，减少人力物力浪费，避免设备过剩维修；通过贯彻合理设备维修策略，合理运用状态检修管理模式，对于提升设备可靠性、降低设备维修成本以及提升资产生命周期表现具有重要意义。ØØ状态检修目标状态检修目标找出设备检修的合理间隔,延长设备寿命,提高设备可靠性,降低运行检修费用,提高企业经济效益。ØØ检修指导方针检修指导方针“减少计划检修，避免事后检修，发展状态检修，提倡最优检修。”最优检修模型比例构成智能化水电厂状态检修决策评估技术智能化水电厂状态检