基于系统集成的水电机组状态监测.doc

基于系统集成的水电机组状态监测故障诊断系统郑松远（北京华科同安监控技术有限公司）摘 要 水电机组的状态监测是多学科多系统的知识综合，涉及到国内外各种不同专业公司的监测系统，以前这些系统只能独立运行，无法发挥应有的作用。本文介绍了基于系统集成的TN8000状态监测故障诊断系统，从数据集成、知识集成、数据与知识的集成三方面全面介绍了该系统实现系统集成的过程。该系统已应用于多个水电厂，现场应用表明，这种基于集成的状态监测系统，可以满足水电厂实现状态监测的需要，为水电厂实现状态检修发挥应有的作用。主题词 水电机组 系统集成 状态监测 故障诊断1、概述水电机组的状态监测涉及机组的水力特性、机械特性、设备结构特点和电气特性，是多学科多系统的知识综合，因此，要对水电机组的有关设备进行状态监测，必然涉及到国内外各种不同专业公司的监测系统。前几年，我国部分水电厂为实现机组的状态监测就购买了大量的监测设备，由于这些设备属于不同公司的产品，只能独立运行，因而无法发挥应有的作用。如何对这些系统进行集成，使之成为一个有机的整体，是状态监测系统能否真正投运，为状态检修提供辅助决策的关键。目前，国内开发的一些集成的状态监测系统，仅限于部分监测数据的集成，无法真正满足水电厂状态监测的需要。北京华科同安监控技术有限公司研制开发的TN8000系统，是以系统集成为基础开发的新一代水电机组状态监测故障诊断系统。TN8000系统的集成，不仅包括数据的集成，还包括知识的集成，更强调数据的集成和知识的集成的有机结合，以满足水电厂实现状态监测乃至状态检修的需要。状态数据服务器数据采集箱特征提取预处理模块传 感 器状态监测子系统流程12、数据集成水电厂的状态监测系统，根据监测参数的不同，可以分为机组稳定性监测、能量效率监测、推力轴承状态监测、发电机空气间隙监测、发电机气隙磁场强度监测、发电机绝缘监测、谐波监测、轴电压监测、主变气相色谱监测、主变套管监测、调速器监测、GIS监测等等子系统。同时，为了全面分析和监测机组的状态，状态监测系统还必须从监控系统中引入相关的参量。一套完整实用的状态监测及故障诊断系统，应该将各个子系统和设备进行集成整合，实现资源和数据的共享。数据的集成主要体现在数据的传送、使用和管理上。针对水电厂状态监测及故障诊断系统所配备的子系统和设备很多的情况，TN8000系统从系统设计开始就高度重视各个子系统和设备的集成整合，做到各子系统的数据或由TN8000系统直接采集或与TN8000通讯，由TN8000系统统一进行数据的管理，从而实现数据的共享。TN8000系统集成后的数据库存储在状态数据服务器中，所有子系统的集成工作由状态数据服务器来协调完成。为便于系统的集成和可扩充性，TN8000从设计开始就对所有子系统数据流程进行了统一。状态数据服务器通讯站通讯接口子系统通讯站集成子系统流程2由TN8000系统直接采集传感器数据的子系统，如机组稳定性监测、能量效率监测、发电机空气间隙监测、发电机气隙磁场强度监测等系统，统一采用流程1：各状态监测子系统完成信号的采集和初步处理工作后，完成状态特征提取后，通过系统网络以TCP/IP、ODBC协议将各自有关数据存入到状态数据服务器的统一数据库中，各个子系统亦可通过ODBC协议从统一数据库中获得需要的环境参数。对于采用其它公司产品的子系统，如发电机绝缘监测系统、主变油色谱系统、主变局放系统、监控系统等，统一采用流程2：TN8000系统根据各子系统提供的通讯规约，编制针对性的数据转换程序，安装在通讯站中，将各子系统采集获得的数据转换成TN8000系统的数据存储格式，通过系统网络以TCP/IP、ODBC协议存入到状态数据服务器的统一数据库中，用户可以通过TN8000系统提供的监测分析和诊断软件监测分析这些数据。通讯接口可以有多种方式，最常见的有采用Modbus协议的串行通讯、采用ODBC协议、TCP/IP协议、NETDDE或SOCKET方式的以态网通讯方式。集成在数据服务器中的统一数据库，由TN8000系统进行统一管理和维护，所有子系统的监测、分析和诊断功能集中在TN8000系统的程序中，由TN8000系统的程序通过MIS通讯站将有关信息发送到各级管理部门。3、知识集成水轮发电机组的状态监测涉及机组的水力特性、机械特性、设备结构特点和电气特性，是多学科多系统的知识综合。所以，一套实用的状态监测及故障诊断系统必须重视知识的集成，最终应该将所有知识构成一个整体的知识模型，在一定程度上能够反映实际设备的行为与动态变化，当获得有效的数据后，可以推断机组设备的故障和状态。 TN8000系统从多方面强化知识的集成，集成后的知识模型融合在TN8000系统故障诊断知识库中，以故障树方式进行存储和管理。TN8000系统的故障诊断知识库涵盖了水轮机、发电机、变压器、GIS、调速器以及主要辅助设备的极大部分故障类型，融合了各高校、设备制造厂十多年来在水轮发电机组状态监测与故障诊断领域的研究成果和积累，充分吸收电科院几十年来从事水轮机、发电机、变压器等设备现场测试和故障处理方面所积累的丰富经验，深入挖掘各电厂在长期的运行维护实践中积累的宝贵经验，使得知识库更具针对性和实用性。水轮机、发电机、变压器、GIS、调速器等故障诊断知识库推理机知识库编辑系统输出结论和解释在线或离线监测系统状态监测数据库监控参量数据库巡检数据库4、数据与知识的集成水电厂安装状态监测故障诊断系统的目的是为了实时掌握设备的状态，为状态检修提供辅助决策。如何将监测系统集成获得的所有数据，结合多方面集成获得的针对机组的知识，来推断机组设备的故障和状态，为状态检修提供决策，就需要对数据与知识进行集成。TN8000系统提供的状态报告和故障诊断系统就是数据与知识集成过程的集中体现。TN8000故障诊断系统主要有五个模块：知识库模块、数据库模块、推理机模块、知识库编辑模块、输出结论和解释模块，其中数据库模块存储集成后数据，知识库模块存储故障诊断知识库，推理机就是数据与知识的集成过程。以某台水电机组发生摆度故障为例。由专家知识可知，造成摆度故障的原因很多，如机组机械故障、电磁故障、水力故障或附属系统故障都会造成摆度故障。附属系统的故障可通过监控系统获得的润滑油温、油位、冷却水温及冷却水流量参数来判断；通过稳定性监测子系统获得的有关参数及机组有关工况参数及过渡过程试验，可判断摆度故障是因为机械故障、电磁故障或水力故障造成；如是机械故障，可根据有关参数特征判断是转子质量不平衡、大轴弯曲、轴承故障或其它故障；如是电磁故障，要想进一步判断是电磁故障的类型，则可根据安装的发电机气隙监测系统、磁场监测系统、局部放电系统及定子铁芯振动监测系统获得的详细数据，进一步判断是否存在磁拉力不平衡（定转子匝间短路、气隙不均匀、定转子不圆、三相不平衡）、定子铁芯松动或合缝松动；如存在水力故障，可结合振动、摆度、压力脉动特征及能量效率特性，来进一步判断是否存在涡带激振、水力不平衡及其它相关故障。这种充分利用各个监测系统获得的数据，有机结合各领域的知识，准确判断机组运行状态及故障的分析方法，可以充分满足水电厂实现状态监测乃至状态检修的需要。5 结语过去几年的实践表明，水电厂在实施状态监测时，如果仅安装大量的监测设备而没有一个系统集成的综合平台，则不可能发挥状态监测系统应有的作用。因此，对于国内正在计划安装状态监测故障诊断系统的大中型水电厂来说，系统集成应该作为规划和选型监测系统的前提条件，即在实施状态监测时，应该选用具有系统集成综合平台的状态监测系统。同时，电厂在采购各种监测子系统时必须要求这些系统预留与其它系统的通讯接口及通讯规约，为今后实现系统集成提供方便。本文以TN8000系统为例从数据集成、信息集成以及数据与信息的集成三方