水电站辅助设备数据挖掘与应用

◎罗德志

（作者单位：国家电投南昌生产运营中心）

通过挖掘和分析水电站设备运行数据趋势，优化完善水电站故障预警和设备诊断功能，实现对数据的二次应用，提高运行人员监盘质量，为检维人员进行故障设备检修消缺提供重要依据，提升设备运行可靠性，保障水电站安全稳定运行。

国家电投南昌水电集控中心现接入水电站11座，水电站接入集控运行后，其运行方式由传统的现地多人一站运行转变为一人多站远程监控运行，每名集控运行人员要肩负3-4个水电站远程值班监盘与操作工作，其监盘质量直接关系到所监控场站发供电设备的可靠运行。通过对水电站数据的分析应用，建立起设备故障诊断模型，然后在计算机监控系统或其它辅助生产管理应用，可以更好的监视设备状态，提升集控监盘质量。

一、水电站数据应用简介

水电站设备参数主要有电量参数和非电量参数两类。电量参数包括频率、额定电流、额定电压、有功功率、无功功率、有功电度量等；非电量参数包括油压、油位、气压、水压、水位及各部轴承温度等。通过挖掘发电机组主辅设备数据特征，便于从多方面分析可能出现的故障和故障性质、严重程度及发展趋势，为水轮机、发电机、调速器、变压器、开关、水泵、油泵、轴流风机等设备的运行监视和检修维护提供可靠、准确的数据支持，不断提高设备状态监测与故障诊断应用水平。

二、辅助设备数据分析与诊断建模举例

（一）立式水电机组顶盖排水系统趋势分析模型

1.分析所需数据。顶盖水泵启泵时间，顶盖水泵停泵时间。

2.分析内容：

（1）顶盖水泵效率分析：在机组盘根漏水情况低于标准值的前提下，通过顶盖水泵的单次运行时间长短来判定该顶盖水泵的工作效率。

分析运算：在盘根正常状态下的，顶盖水泵启动时间相对是固定的，如果水泵启动时间过长，则可能是水泵效率低下、电机过载或控制回路故障等。根据顶盖水泵单次抽水运行时间特性，人工分析测算出顶盖水泵正常运行工效的上限值。（a）停泵时间- 启 泵时间 ＜ 上限值，判定为正常状态，不做告警提示。（b）停泵时间- 启 泵时间 ≧ 上限值，判定为故障状态，做告警提示。

（2）盘根漏水情况分析：在顶盖排水泵效率正常的情况下，根据顶盖排水泵启动间隔，分析盘根漏水情况，分析运算设置标准值和上限值，标准值和上限值根据各机组实际运行特性确定。（a） 启动间隔时间 ≧ 标准值，判定为正常状态，不做告警提示。（b）启动间隔时间＜标准值，判定为缺陷状态，做故障类告警提示。（c）启动间隔时间＜下限值，判定为故障状态，做事故类告警提示。

（3）实例分析：江口#3、#4机组是同机型机组，用来对比分析。

（a）水泵效率分析：下表为近期江口#3、#4机组顶盖排水泵启动时间及启动间隔时间。

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从上表可以看出水泵单次启动时间均为2-3秒。#3、#4机组顶盖排水泵效率合格。将数据作为今后判定依据，设定顶盖排水泵启动时间标准值为5s，单次启动时间小于5S判定为正常状态，水泵抽水正常。单次启动时间大于5S，判定为缺陷状态，做故障类告警提示。

（b）盘根漏水情况分析：

（#3、#4开机状态下排水泵启动间隔）

（#3、#4停机状态下排水泵启动间隔）

机情况下，机组在并网情况下盘根漏水较多，顶盖排水泵启动间隔在13min-17min。因此设定标准值为10min，运行机组顶盖排水泵启动间隔大于十分钟判定为正常状态；小于十分钟，做故障类告警提示；设置5min为下限值，启动间隔小于5分钟，做事故类告警提示。

停机情况下，对比可以明显看出在停机状态下#3机组顶盖排水泵启动间隔比#4机组更短，判断#3机组盘根漏水情况比#4机组严重，可作为机组消缺、检修时的数据帮助，针对性的处理盘根漏水量更大的机组渗漏问题。

（二）立式水电机组顶盖排水系统趋势分析模型

同上述原理，将顶盖排水系统变为调速器压油系统，从压油泵启泵时间、起泵间隔分析调速器压油泵运行效率、调速系统漏气跑油状况。

1.压油泵效率分析：下表为近期江口#3、#4机组调速器压油泵启动时间及启动间隔时间。

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上表可以看出#3机压油泵单次压油泵启动时间稳定在11s左右，#4机泵单次压油泵启动时间在21s左右，将数据作为今后判定依据，设定#3机组压油泵启动时间标准值为20s，单次启动时间小于20S判定为正常状态，油泵打油正常；单次启动时间大于20S，判定为缺陷状态，做故障类告警提示。设定#4机组压油泵启动时间标准值为30s，单次启动时间小于30S判定为正常状态，水泵抽水正常；单次启动时间大于30S，判定为缺陷状态，做故障类告警提示。

2.调速器系统管路漏气跑油情况分析：停机状态下调速器压油罐出口电磁阀处于关闭位置，压油泵间隔时间可以体现压油罐的密封性能；开机状态下压油罐出口电磁阀处于打开位置，压油泵启动间隔时间可以体现调速器、管路、阀门等密封性能。下图分别为机组开停机状态下压油泵启动间隔时间对比图。

（开机状态下压油泵启动间隔对比）

（停机状态下压油泵启动间隔对比）

机情况下，两台机组压油泵启动间隔时间在120-180min之间，时间正常，两台机组压油罐密封性能良好，将数据作为今后判定依据。在停机状态下，设定启动间隔标准值为60min，运行机组压油泵启动间隔大于十分钟判定为正常状态；小于60min，做故障类告警提示；设置30min为下限值，启动间隔小于30min，做事故类告警提示。

开机状态下通过对比明显看出#3机组压油泵启动间隔时间远远小于#4机组，判断#3机调速器、管路、阀门可能存在漏气漏油现象。

三、结束语

水电站机组故障多为辅助设备故障，通过对辅助设备运行参数进行挖掘分析，建立故障预警模型并应用于计算机监控系统或辅助生产管理系统，对于提升运行人员监盘质量和水电站安全运行具有重要意义。