发电机变压器状态检修研究

1/6发电机变压器状态检修研究（湖北省黄石发电股份有限公司，湖北黄石435002）摘要搜集了国际国内发电机、变压器状态检修的资料，通过对其状态分析和故障诊断技术的研究，提出了发电机、变压器状态检修的基本方法和步骤。关键词发电机；变压器；状态检修早先，电力设备采用完全被动的不坏不修加停机检修的事后检修制度，致使多数设备实际上处于该修未修或完全失修的状态。因此，二战前后，美、英等国倡导的预防检修思想很快被人们所接受。这种以预防为目的、以时间为基础的定期检修制度较好地解决了设备的失修问题。然而，由于科学依据不足，带有较大的盲目性，随之也就出现了不该修也修的超量检修现象，造成人力、物力、财力的极大浪费。鉴于此，在50年代中期，美国GE公司率先提出了预知检修的思路，强调以设备健康状态为检修依据，该修必修，使检修制度真正步入了科学发展的轨道。在此基础上，随着检测诊断技术，特别是在线检测技术的不断发展，到70年代，预知检修逐步发展并完善成为现在大家所熟悉的状态检修（简称为CBM）制度，并以优化检修和提高设备可靠性为最终目标。我国电力行业已普遍接受状态检修的思想，但处于起步和试点阶段。1997年原电力部选定天津大港电厂和上2/6海石洞口二厂作为开展状态检修技术研究的试点；1998年5月，原华中电力集团公司对状态检修工作进行了部署，确定隔河岩水电厂和首阳山火力发电厂作为华中电网状态检修试点厂。状态检修技术研究有2个层次的内涵，第一个层次为基于硬件的状态监测；第二个层次为基于软件的状态分析与故障诊断。前者是实施状态检修的依据，后者是提供决策支持的专家系统。下面主要对发电机和变压器的具体情况进行讨论。1状态检修技术研究的基本内容11发电机、变压器状态检测（1）发电机、变压器的电压、电流实时监测与故障录波；（2）发电机轴运行状态（转速、转角、振动等）实时监测；（3）发电机定、转子铁芯和绕组的温度、进出口风温的实时监测。对非自然冷却系统，还包括冷却介质的流量、流速、压力的监测；（4）发电机励磁系统运行状态实时监测；（5）发电机定、转子绕组、变压器线圈的局部放电监测，绝缘电阻及吸收比的测量；（6）变压器油气相色谱分析及速度、温度监测。3/6上述所有监测信息由计算机在线数据采集系统统一管理。12发电机、变压器状态分析与故障诊断专家系统（1）机电动力系统电磁行为分析与故障诊断基于电压、电流波形的傅里叶分析（对发电机，尚需转速和功角的实时信息），诊断发电机、变压器电磁行为的异常化程度，如负载对称度、绕组对称度（匝间、相间、对地各种短路形式的甄别）和发电机气隙均匀度等。（2）发电机组轴系振动分析与诊断结合原动机（水轮机或汽轮机）机械动力学行为、电力系统电气行为、发电机轴系运行状态（转速、振动）及电磁行为监测信息，由机电耦合参数模型分析发电机轴系（包括轴承）动态行为，实现轴系振动故障的诊断实施。（3）流体换热及管网泄漏的分析与诊断根据发电机定、转子铁芯和绕组的温度，或变压器油流的实时监测信息，或非自然冷却发电机内部冷却介质（氢、水）流量、流速、压力的监测信息，结合发电机、变压器运行工况、进行流体或管网换热分析或管网泄漏分析，诊断散热效果、散热结构，实现管网泄漏或堵塞的故障定位。（4）大功率开关元件失效分析与诊断4/6基于发电机晶闸管励磁系统运行状态（触发功率、导通时间、输出波形）的实时监测信息，对大功率开关元件的老化或失效程度进行分析和诊断。（5）绝缘材料损坏、老化及失效的分析与诊断通过发电机绕组局部放电监测，或变压器油气相色谱分析结果，分析并诊断绝缘材料的老化和失效程度，对绝缘损坏故障定位。（6）编制发电机、变压器状态分析和故障诊断的计算机系统软件，首先建立历史资料数据库（设备初始状态、参数、出厂试验记录等）和运行检修经验数据库（除设备自身外，至少还应包括一台同类型设备相关记录），然后根据运行故障分析基础理论及离线数值仿真计算，编制出计算机系统软件。图1为发电机、变压器状态监测、故障诊断及检修决策系统。如图1所示，专家系统为非实时软件，但始终处于待命状态，由在线数据采集系统提供的状态检测信息，经异常化检测以阀值控制启动，进入相应的分析诊断模块后，应用模糊理论、神经网络等先进的演绎、推理工具建立故障诊断机制，完成故障树分析和危害度评估，在纵向（设备本身运行记录）、横向（同类型设备运行记录）运行维护5/6经验指导下，给出诊断报告，为故障定位和检修决策提供技术支持，并自动刷新或添加设备运行检修经验数据库。2状态检修的基本方法和步骤21状态检测（1）设定监测量及监测点，在满足故障诊断的基础上，应留有足够的备用测点。因为，发电机、变压器安装运行后再新增或新设测点很困难。（2）以状态分析和故障诊断专家系统中的分析模型为依据，对所有测点的物理位置的合理性以及被选定为在线监测点的必要性进行评估（甄别、遴选、优化），确定最小测点集。（3）对测点逐一进行定标校核。（4）测点信息化的数字化转换及可编程采集。（5）构造计算机多路在线数据同步采集与管理系统。22状态分析和故障诊断专家系统（1）建立数据库（原始资料及知识积累）历史资料数据（发电厂提供）；故障树和故障危害度数据库（专家系统各模块自配备）；运行和检修经验数据库（发电厂提供）。（2）研制模块化分析诊断软件（按12分解）机电动力系统的运行分析与诊断模块；6/6发电机轴系振动分析与诊断模块；流体换热及管网泄漏的分析与诊断模块；大功率开关元件失效分析与诊断模块；绝缘损坏、老化与失效程度分析和诊断模块；其它相关的辅助分析诊断模块。需要说明的是，发电厂状态检修技术研究的内容主要取决于特定的状态检测平台。故而，可以是包括所有主、辅设备，也可只是关键设备的若干关键部件，并且可分解成如12所述的积木形式。这样，既方便于研究工作以分工协作方式进行，发挥各协作单位的技术优势，确保技术的先进性和可靠性，同时也可根据监测手段的完善程度和客观条件（资金、生产调度、配套技术等）实施梯级或滚动研制方案。另一方面，作为发电