基于系統(tǒng)集成的水電機組狀態(tài)監(jiān)測

1、.基于系統(tǒng)集成的水電機組狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)鄭松遠（北京華科同安監(jiān)控技術有限公司）摘 要 水電機組的狀態(tài)監(jiān)測是多學科多系統(tǒng)的知識綜合，涉及到國內外各種不同專業(yè)公司的監(jiān)測系統(tǒng)，以前這些系統(tǒng)只能獨立運行，無法發(fā)揮應有的作用。本文介紹了基于系統(tǒng)集成的TN8000狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)，從數據集成、知識集成、數據與知識的集成三方面全面介紹了該系統(tǒng)實現系統(tǒng)集成的過程。該系統(tǒng)已應用于多個水電廠，現場應用表明，這種基于集成的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以滿足水電廠實現狀態(tài)監(jiān)測的需要，為水電廠實現狀態(tài)檢修發(fā)揮應有的作用。主題詞 水電機組 系統(tǒng)集成 狀態(tài)監(jiān)測 故障診斷1、概述水電機組的狀態(tài)監(jiān)測涉及機組的水力特性、機械特性、設

2、備結構特點和電氣特性，是多學科多系統(tǒng)的知識綜合，因此，要對水電機組的有關設備進行狀態(tài)監(jiān)測，必然涉及到國內外各種不同專業(yè)公司的監(jiān)測系統(tǒng)。前幾年，我國部分水電廠為實現機組的狀態(tài)監(jiān)測就購買了大量的監(jiān)測設備，由于這些設備屬于不同公司的產品，只能獨立運行，因而無法發(fā)揮應有的作用。如何對這些系統(tǒng)進行集成，使之成為一個有機的整體，是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能否真正投運，為狀態(tài)檢修提供輔助決策的關鍵。目前，國內開發(fā)的一些集成的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，僅限于部分監(jiān)測數據的集成，無法真正滿足水電廠狀態(tài)監(jiān)測的需要。北京華科同安監(jiān)控技術有限公司研制開發(fā)的TN8000系統(tǒng)，是以系統(tǒng)集成為基礎開發(fā)的新一代水電機組狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)。TN80

3、00系統(tǒng)的集成，不僅包括數據的集成，還包括知識的集成，更強調數據的集成和知識的集成的有機結合，以滿足水電廠實現狀態(tài)監(jiān)測乃至狀態(tài)檢修的需要。狀態(tài)數據服務器數據采集箱特征提取預處理模塊傳 感 器狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)流程12、數據集成水電廠的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，根據監(jiān)測參數的不同，可以分為機組穩(wěn)定性監(jiān)測、能量效率監(jiān)測、推力軸承狀態(tài)監(jiān)測、發(fā)電機空氣間隙監(jiān)測、發(fā)電機氣隙磁場強度監(jiān)測、發(fā)電機絕緣監(jiān)測、諧波監(jiān)測、軸電壓監(jiān)測、主變氣相色譜監(jiān)測、主變套管監(jiān)測、調速器監(jiān)測、GIS監(jiān)測等等子系統(tǒng)。同時，為了全面分析和監(jiān)測機組的狀態(tài)，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還必須從監(jiān)控系統(tǒng)中引入相關的參量。一套完整實用的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，應該將各個子

4、系統(tǒng)和設備進行集成整合，實現資源和數據的共享。數據的集成主要體現在數據的傳送、使用和管理上。針對水電廠狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)所配備的子系統(tǒng)和設備很多的情況，TN8000系統(tǒng)從系統(tǒng)設計開始就高度重視各個子系統(tǒng)和設備的集成整合，做到各子系統(tǒng)的數據或由TN8000系統(tǒng)直接采集或與TN8000通訊，由TN8000系統(tǒng)統(tǒng)一進行數據的管理，從而實現數據的共享。TN8000系統(tǒng)集成后的數據庫存儲在狀態(tài)數據服務器中，所有子系統(tǒng)的集成工作由狀態(tài)數據服務器來協(xié)調完成。為便于系統(tǒng)的集成和可擴充性，TN8000從設計開始就對所有子系統(tǒng)數據流程進行了統(tǒng)一。狀態(tài)數據服務器通訊站通訊接口子系統(tǒng)通訊站集成子系統(tǒng)流程2由TN8

5、000系統(tǒng)直接采集傳感器數據的子系統(tǒng)，如機組穩(wěn)定性監(jiān)測、能量效率監(jiān)測、發(fā)電機空氣間隙監(jiān)測、發(fā)電機氣隙磁場強度監(jiān)測等系統(tǒng)，統(tǒng)一采用流程1：各狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)完成信號的采集和初步處理工作后，完成狀態(tài)特征提取后，通過系統(tǒng)網絡以TCP/IP、ODBC協(xié)議將各自有關數據存入到狀態(tài)數據服務器的統(tǒng)一數據庫中，各個子系統(tǒng)亦可通過ODBC協(xié)議從統(tǒng)一數據庫中獲得需要的環(huán)境參數。對于采用其它公司產品的子系統(tǒng)，如發(fā)電機絕緣監(jiān)測系統(tǒng)、主變油色譜系統(tǒng)、主變局放系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，統(tǒng)一采用流程2：TN8000系統(tǒng)根據各子系統(tǒng)提供的通訊規(guī)約，編制針對性的數據轉換程序，安裝在通訊站中，將各子系統(tǒng)采集獲得的數據轉換成TN8000系統(tǒng)

6、的數據存儲格式，通過系統(tǒng)網絡以TCP/IP、ODBC協(xié)議存入到狀態(tài)數據服務器的統(tǒng)一數據庫中，用戶可以通過TN8000系統(tǒng)提供的監(jiān)測分析和診斷軟件監(jiān)測分析這些數據。通訊接口可以有多種方式，最常見的有采用Modbus協(xié)議的串行通訊、采用ODBC協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、NETDDE或SOCKET方式的以態(tài)網通訊方式。集成在數據服務器中的統(tǒng)一數據庫，由TN8000系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和維護，所有子系統(tǒng)的監(jiān)測、分析和診斷功能集中在TN8000系統(tǒng)的程序中，由TN8000系統(tǒng)的程序通過MIS通訊站將有關信息發(fā)送到各級管理部門。3、知識集成水輪發(fā)電機組的狀態(tài)監(jiān)測涉及機組的水力特性、機械特性、設備結構特點和電氣特

7、性，是多學科多系統(tǒng)的知識綜合。所以，一套實用的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)必須重視知識的集成，最終應該將所有知識構成一個整體的知識模型，在一定程度上能夠反映實際設備的行為與動態(tài)變化，當獲得有效的數據后，可以推斷機組設備的故障和狀態(tài)。 TN8000系統(tǒng)從多方面強化知識的集成，集成后的知識模型融合在TN8000系統(tǒng)故障診斷知識庫中，以故障樹方式進行存儲和管理。TN8000系統(tǒng)的故障診斷知識庫涵蓋了水輪機、發(fā)電機、變壓器、GIS、調速器以及主要輔助設備的極大部分故障類型，融合了各高校、設備制造廠十多年來在水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領域的研究成果和積累，充分吸收電科院幾十年來從事水輪機、發(fā)電機、變壓器等

8、設備現場測試和故障處理方面所積累的豐富經驗，深入挖掘各電廠在長期的運行維護實踐中積累的寶貴經驗，使得知識庫更具針對性和實用性。水輪機、發(fā)電機、變壓器、GIS、調速器等故障診斷知識庫推理機知識庫編輯系統(tǒng)輸出結論和解釋在線或離線監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測數據庫監(jiān)控參量數據庫巡檢數據庫4、數據與知識的集成水電廠安裝狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)的目的是為了實時掌握設備的狀態(tài)，為狀態(tài)檢修提供輔助決策。如何將監(jiān)測系統(tǒng)集成獲得的所有數據，結合多方面集成獲得的針對機組的知識，來推斷機組設備的故障和狀態(tài)，為狀態(tài)檢修提供決策，就需要對數據與知識進行集成。TN8000系統(tǒng)提供的狀態(tài)報告和故障診斷系統(tǒng)就是數據與知識集成過程的集中體現。

9、TN8000故障診斷系統(tǒng)主要有五個模塊：知識庫模塊、數據庫模塊、推理機模塊、知識庫編輯模塊、輸出結論和解釋模塊，其中數據庫模塊存儲集成后數據，知識庫模塊存儲故障診斷知識庫，推理機就是數據與知識的集成過程。以某臺水電機組發(fā)生擺度故障為例。由專家知識可知，造成擺度故障的原因很多，如機組機械故障、電磁故障、水力故障或附屬系統(tǒng)故障都會造成擺度故障。附屬系統(tǒng)的故障可通過監(jiān)控系統(tǒng)獲得的潤滑油溫、油位、冷卻水溫及冷卻水流量參數來判斷；通過穩(wěn)定性監(jiān)測子系統(tǒng)獲得的有關參數及機組有關工況參數及過渡過程試驗，可判斷擺度故障是因為機械故障、電磁故障或水力故障造成；如是機械故障，可根據有關參數特征判斷是轉子質量不平衡、

10、大軸彎曲、軸承故障或其它故障；如是電磁故障，要想進一步判斷是電磁故障的類型，則可根據安裝的發(fā)電機氣隙監(jiān)測系統(tǒng)、磁場監(jiān)測系統(tǒng)、局部放電系統(tǒng)及定子鐵芯振動監(jiān)測系統(tǒng)獲得的詳細數據，進一步判斷是否存在磁拉力不平衡（定轉子匝間短路、氣隙不均勻、定轉子不圓、三相不平衡）、定子鐵芯松動或合縫松動；如存在水力故障，可結合振動、擺度、壓力脈動特征及能量效率特性，來進一步判斷是否存在渦帶激振、水力不平衡及其它相關故障。這種充分利用各個監(jiān)測系統(tǒng)獲得的數據，有機結合各領域的知識，準確判斷機組運行狀態(tài)及故障的分析方法，可以充分滿足水電廠實現狀態(tài)監(jiān)測乃至狀態(tài)檢修的需要。5 結語過去幾年的實踐表明，水電廠在實施狀態(tài)監(jiān)測時，如果僅安裝大量的監(jiān)測設備而沒有一個系統(tǒng)集成的綜合平臺，則不可能發(fā)揮狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應有的作用。因此，對于國內正在計劃安裝狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)的大中型水電廠來說，系統(tǒng)集成應該作為規(guī)劃和選型監(jiān)測系統(tǒng)的前提條件，即在實施狀態(tài)監(jiān)測時，應該選用具有系統(tǒng)集成綜合平臺的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。同時，電廠在采購各種監(jiān)測子系統(tǒng)時必須要求這些系統(tǒng)預留與其它系統(tǒng)的通訊接口及通訊規(guī)約，為今后實現系統(tǒng)集成提供方便。本文以TN8000系統(tǒng)為例從數據集成、信息集成以及數據與信息的集成三方面