湖南鳳灘水電廠位于湘西懷化市沅陵縣明溪口鎮(zhèn)，沅水支流酉水下游，原電站設計裝機規(guī)模為400MW，安裝4臺單機容量100MW水輪發(fā)電機組，電站在系統(tǒng)中的主要作用是調(diào)峰、調(diào)頻，承擔系統(tǒng)事故備用。擴建工程利用原鳳灘發(fā)電廠的水庫攔河壩，在攔河壩右岸山體內(nèi)設2條引水洞，引水至地下式發(fā)電廠房，安裝2臺單機容量200MW水輪發(fā)電機組。電站水頭為60.64 m～85.72 m，裝機容量為400MW.電站按無人值班（少人值守）設計，擴機機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在滿足電站整體設計思想的前提下，充分考慮了現(xiàn)場的實用性，從發(fā)現(xiàn)和解決問題的角度出發(fā)來進行設計，針對水電機組的特點來進行測點的選擇、數(shù)據(jù)的測量、結(jié)果的分析及故障的診斷等。
一、 設計思路
隨著各水電站無人值班（少人值守）的進行，對水電機組進行實時在線監(jiān)測并進而對機組按狀態(tài)檢修的思路也得到越來越多人的認同。但在以何種方式獲得或應用狀態(tài)特征；如何認識和把握狀態(tài)特征與機械故障的關(guān)系；以及在對機組特性未充分認識之前，應如何用好狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并正確導出檢修結(jié)論這三個層面上各種看法有較大的區(qū)別。
鳳灘擴機機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計過程正是在這三個層面上做了具體努力，并結(jié)合在其他水電廠的一些實際的經(jīng)驗，從而使系統(tǒng)在對機組實行按狀態(tài)檢修的要求方面更具有實用性。
首先，鳳灘電廠建立了一套完全自動化的狀態(tài)測量及分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠連續(xù)地自動記錄狀態(tài)信息、自動地將狀態(tài)信息分類、自動實時地進行信號分析（包括時域分析、頻譜分析、軸心軌跡分析及軸姿態(tài)分析、統(tǒng)計分析等），從而保證了所獲得的第一手狀態(tài)信息是完全實時的，為及時捕獲狀態(tài)的變化、正確分析機組狀態(tài)的趨勢變化奠定基礎(chǔ)。
然后通過實時分析處理軟件對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)的自動化的數(shù)據(jù)庫管理。因為全面描述機組特征的測量量和分析量很多，不利用自動數(shù)據(jù)管理技術(shù)，實際上會無法對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行選擇和分析。例如，引入?yún)⒄毡尘傲恳员闶箶?shù)據(jù)具有實際意義上的可比性，否則便會將水輪機的振動區(qū)和狀態(tài)惡化引起的振動混淆不清。此外，數(shù)據(jù)的比較及樣本的替換均是自動進行的。
在指導機組的運行和檢修方面，該系統(tǒng)注重故障識別理論與實際相結(jié)合并充分重視狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的趨時變化。鑒于實際識別故障機理的復雜性，系統(tǒng)在初始階段會以依靠狀態(tài)特征的變化為基礎(chǔ)加上人的經(jīng)驗判斷為主，但是由于狀態(tài)特征具有位置特征及機理特征，對故障的判斷具有相當?shù)臏蚀_性，即系統(tǒng)在剛投運就可以發(fā)現(xiàn)機組故障。在機組運行數(shù)據(jù)積累到一定的程度后，系統(tǒng)會自動判別相同工況下機組的狀態(tài)好壞并作出相應的報告，進而指導機組的運行和檢修。
二、 設計的針對性和系統(tǒng)功能
嚴格來說，機組狀態(tài)監(jiān)測應包括對主機和各種電氣及輔助設備的運行狀態(tài)監(jiān)測。但是這時系統(tǒng)所涉及的面太寬，有些技術(shù)并不十分成熟，從而使得近年設計的一些系統(tǒng)存在調(diào)試期過長、部分技術(shù)實用性差、整個系統(tǒng)運行一至兩年還沒有明確的應用效果等缺陷。本系統(tǒng)充分考慮了這種實際情況，所界定的機組狀態(tài)監(jiān)測首先是針對很成熟的主機（包括發(fā)電機及水輪機）運行狀態(tài)的監(jiān)測，其次通過系統(tǒng)的模塊化和開放式設計保證完善和升級系統(tǒng)的能力。根據(jù)這一設計思想，選用了深圳市洲立達電子技術(shù)有限公司的開放式機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)YSZJ，取得了：工程施工一月左右系統(tǒng)即投入運行，并成功進行了＃6機開機試驗及缺陷處理，完整積累了主機從發(fā)電開始的全部狀態(tài)等良好應用效果。證明了這種設計思想在當前技術(shù)條件下的實用性。
主機運行狀態(tài)包括穩(wěn)定性及經(jīng)濟性兩個方面。穩(wěn)態(tài)性監(jiān)測關(guān)系到機組的安全及經(jīng)濟性能，是機組狀態(tài)監(jiān)測的主要方面。影響機組穩(wěn)定性的因素有很多，其主要因素見下表：
另外發(fā)電機運行時所帶負荷、功率因數(shù)、水頭等工況參數(shù)對機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性都有影響，水輪機氣蝕、機組效率也同樣影響著機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性?；谏鲜龇治?，系統(tǒng)實施中強調(diào)保證了如下針對性功能：
首先，為了對機組的狀態(tài)有一個清晰的了解，就需要監(jiān)測的測點能夠全面的反映機組的信息，本次系統(tǒng)設計在測點選擇上就綜合考慮了機組穩(wěn)定性和經(jīng)濟性兩個方面：設置了大軸擺度、機架振動、定子振動、過流部件振動、水壓脈動、轉(zhuǎn)速、水壓、效率、機組瞬態(tài)開關(guān)量等測點，并接入機組運行時的背景量信息，以使系統(tǒng)能夠全面反映各個工況下機組的狀態(tài)。從開機試驗的效果來看，測點很全面的描述了主機機械狀態(tài)，布點合理。
其次，在項目實施過程中，強調(diào)結(jié)合電廠實際，對儀器的精度、可信度、穩(wěn)定性、抗干擾、可靠性等方面進行了整體考慮，消除了安裝條件帶來的不穩(wěn)定性因素，使儀器能可靠的運行。系統(tǒng)根據(jù)水電機組轉(zhuǎn)速低，含有很低的頻率分量，以及機組振動隨工況變化的復雜性進行了針對性設計，取得了可信的分析結(jié)果。
第三，自動化程度高，無需值守人員，所有典型數(shù)據(jù)（故障態(tài)、瞬態(tài)、正常穩(wěn)態(tài)）均自動捕獲、存儲、分析、分類、管理，形成機械狀態(tài)檢修樣本數(shù)據(jù)庫，并針對水電機組工況復雜、振動強度變化懸殊的特殊情況，去除不同工況對報警及統(tǒng)計分析結(jié)果的影響，提取機組振動區(qū)分布及振動發(fā)展趨勢等重要信息。整個系統(tǒng)操作簡單，常用的分析功能實現(xiàn)了“一鍵”操作，避免了繁復的操作過程。對于日常的振動監(jiān)測、分析，開停機、事故、甩負荷過程的記錄均可自動完成，不需人工干預。系統(tǒng)90%以上功能實現(xiàn)了“免說明書”操作，輸出界面實用且易于理解，復雜問題均放在系統(tǒng)后臺自動處理，使操作人員擺脫了理解艱深專業(yè)知識的困難，保證了系統(tǒng)的充分使用。
第四，系統(tǒng)具有基于故障定位的機組故障診斷功能，提供機械設備狀況異常的部位詳細數(shù)據(jù)及惡化水平，為機組檢修提供依據(jù)或參數(shù)，從而逐漸形成實用的電廠機組設備狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間的互連，全部采用標準網(wǎng)絡軟硬件接口，便于擴展，現(xiàn)場實用性強。
第五，系統(tǒng)在設計中，整合了效率測量問題，對于200MW容量的機組，監(jiān)測效率有十分明顯的經(jīng)濟意義，同時也具備了更全面的檢修評價與運行方式安排的參考信息。
第六，系統(tǒng)集成了汽蝕監(jiān)測及分析模塊，通過汽蝕發(fā)生時表征的一些現(xiàn)象來評價汽蝕的嚴重程度，并結(jié)合了效率、穩(wěn)定性、過流部件振動、壓力及脈動進行綜合觀測。
三、 結(jié)語
鳳灘發(fā)電廠擴機工程機組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是鳳灘電廠、湖南電力試驗研究所、深圳市洲立達電子技術(shù)有限公司三方的共同研究成果，2004年4月初開始現(xiàn)場安裝，經(jīng)各參與單位的通力合作，＃6機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)于5月初成功投運，順利完成了＃6機組開機測試、配重試驗、試運行測試等任務，從一個側(cè)面充分體現(xiàn)了鳳灘擴機工程高效率、高質(zhì)量的宗旨。
系統(tǒng)設計從發(fā)現(xiàn)和解決問題的角度充分考慮了電廠的需要和現(xiàn)場的實際，并借鑒其他電廠的應用經(jīng)驗加以完善，其實用性較強，相信在使用過程中，一定會對機組的檢修和運行起到很好的指導作用。當然，該設計肯定也還有不足的地方，希望各位專家能加以指導。
一、 設計思路
隨著各水電站無人值班（少人值守）的進行，對水電機組進行實時在線監(jiān)測并進而對機組按狀態(tài)檢修的思路也得到越來越多人的認同。但在以何種方式獲得或應用狀態(tài)特征；如何認識和把握狀態(tài)特征與機械故障的關(guān)系；以及在對機組特性未充分認識之前，應如何用好狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并正確導出檢修結(jié)論這三個層面上各種看法有較大的區(qū)別。
鳳灘擴機機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計過程正是在這三個層面上做了具體努力，并結(jié)合在其他水電廠的一些實際的經(jīng)驗，從而使系統(tǒng)在對機組實行按狀態(tài)檢修的要求方面更具有實用性。
首先，鳳灘電廠建立了一套完全自動化的狀態(tài)測量及分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠連續(xù)地自動記錄狀態(tài)信息、自動地將狀態(tài)信息分類、自動實時地進行信號分析（包括時域分析、頻譜分析、軸心軌跡分析及軸姿態(tài)分析、統(tǒng)計分析等），從而保證了所獲得的第一手狀態(tài)信息是完全實時的，為及時捕獲狀態(tài)的變化、正確分析機組狀態(tài)的趨勢變化奠定基礎(chǔ)。
然后通過實時分析處理軟件對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)的自動化的數(shù)據(jù)庫管理。因為全面描述機組特征的測量量和分析量很多，不利用自動數(shù)據(jù)管理技術(shù)，實際上會無法對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行選擇和分析。例如，引入?yún)⒄毡尘傲恳员闶箶?shù)據(jù)具有實際意義上的可比性，否則便會將水輪機的振動區(qū)和狀態(tài)惡化引起的振動混淆不清。此外，數(shù)據(jù)的比較及樣本的替換均是自動進行的。
在指導機組的運行和檢修方面，該系統(tǒng)注重故障識別理論與實際相結(jié)合并充分重視狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的趨時變化。鑒于實際識別故障機理的復雜性，系統(tǒng)在初始階段會以依靠狀態(tài)特征的變化為基礎(chǔ)加上人的經(jīng)驗判斷為主，但是由于狀態(tài)特征具有位置特征及機理特征，對故障的判斷具有相當?shù)臏蚀_性，即系統(tǒng)在剛投運就可以發(fā)現(xiàn)機組故障。在機組運行數(shù)據(jù)積累到一定的程度后，系統(tǒng)會自動判別相同工況下機組的狀態(tài)好壞并作出相應的報告，進而指導機組的運行和檢修。
二、 設計的針對性和系統(tǒng)功能
嚴格來說，機組狀態(tài)監(jiān)測應包括對主機和各種電氣及輔助設備的運行狀態(tài)監(jiān)測。但是這時系統(tǒng)所涉及的面太寬，有些技術(shù)并不十分成熟，從而使得近年設計的一些系統(tǒng)存在調(diào)試期過長、部分技術(shù)實用性差、整個系統(tǒng)運行一至兩年還沒有明確的應用效果等缺陷。本系統(tǒng)充分考慮了這種實際情況，所界定的機組狀態(tài)監(jiān)測首先是針對很成熟的主機（包括發(fā)電機及水輪機）運行狀態(tài)的監(jiān)測，其次通過系統(tǒng)的模塊化和開放式設計保證完善和升級系統(tǒng)的能力。根據(jù)這一設計思想，選用了深圳市洲立達電子技術(shù)有限公司的開放式機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)YSZJ，取得了：工程施工一月左右系統(tǒng)即投入運行，并成功進行了＃6機開機試驗及缺陷處理，完整積累了主機從發(fā)電開始的全部狀態(tài)等良好應用效果。證明了這種設計思想在當前技術(shù)條件下的實用性。
主機運行狀態(tài)包括穩(wěn)定性及經(jīng)濟性兩個方面。穩(wěn)態(tài)性監(jiān)測關(guān)系到機組的安全及經(jīng)濟性能，是機組狀態(tài)監(jiān)測的主要方面。影響機組穩(wěn)定性的因素有很多，其主要因素見下表：
另外發(fā)電機運行時所帶負荷、功率因數(shù)、水頭等工況參數(shù)對機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性都有影響，水輪機氣蝕、機組效率也同樣影響著機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性?；谏鲜龇治?，系統(tǒng)實施中強調(diào)保證了如下針對性功能：
首先，為了對機組的狀態(tài)有一個清晰的了解，就需要監(jiān)測的測點能夠全面的反映機組的信息，本次系統(tǒng)設計在測點選擇上就綜合考慮了機組穩(wěn)定性和經(jīng)濟性兩個方面：設置了大軸擺度、機架振動、定子振動、過流部件振動、水壓脈動、轉(zhuǎn)速、水壓、效率、機組瞬態(tài)開關(guān)量等測點，并接入機組運行時的背景量信息，以使系統(tǒng)能夠全面反映各個工況下機組的狀態(tài)。從開機試驗的效果來看，測點很全面的描述了主機機械狀態(tài)，布點合理。
其次，在項目實施過程中，強調(diào)結(jié)合電廠實際，對儀器的精度、可信度、穩(wěn)定性、抗干擾、可靠性等方面進行了整體考慮，消除了安裝條件帶來的不穩(wěn)定性因素，使儀器能可靠的運行。系統(tǒng)根據(jù)水電機組轉(zhuǎn)速低，含有很低的頻率分量，以及機組振動隨工況變化的復雜性進行了針對性設計，取得了可信的分析結(jié)果。
第三，自動化程度高，無需值守人員，所有典型數(shù)據(jù)（故障態(tài)、瞬態(tài)、正常穩(wěn)態(tài)）均自動捕獲、存儲、分析、分類、管理，形成機械狀態(tài)檢修樣本數(shù)據(jù)庫，并針對水電機組工況復雜、振動強度變化懸殊的特殊情況，去除不同工況對報警及統(tǒng)計分析結(jié)果的影響，提取機組振動區(qū)分布及振動發(fā)展趨勢等重要信息。整個系統(tǒng)操作簡單，常用的分析功能實現(xiàn)了“一鍵”操作，避免了繁復的操作過程。對于日常的振動監(jiān)測、分析，開停機、事故、甩負荷過程的記錄均可自動完成，不需人工干預。系統(tǒng)90%以上功能實現(xiàn)了“免說明書”操作，輸出界面實用且易于理解，復雜問題均放在系統(tǒng)后臺自動處理，使操作人員擺脫了理解艱深專業(yè)知識的困難，保證了系統(tǒng)的充分使用。
第四，系統(tǒng)具有基于故障定位的機組故障診斷功能，提供機械設備狀況異常的部位詳細數(shù)據(jù)及惡化水平，為機組檢修提供依據(jù)或參數(shù)，從而逐漸形成實用的電廠機組設備狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間的互連，全部采用標準網(wǎng)絡軟硬件接口，便于擴展，現(xiàn)場實用性強。
第五，系統(tǒng)在設計中，整合了效率測量問題，對于200MW容量的機組，監(jiān)測效率有十分明顯的經(jīng)濟意義，同時也具備了更全面的檢修評價與運行方式安排的參考信息。
第六，系統(tǒng)集成了汽蝕監(jiān)測及分析模塊，通過汽蝕發(fā)生時表征的一些現(xiàn)象來評價汽蝕的嚴重程度，并結(jié)合了效率、穩(wěn)定性、過流部件振動、壓力及脈動進行綜合觀測。
三、 結(jié)語
鳳灘發(fā)電廠擴機工程機組狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是鳳灘電廠、湖南電力試驗研究所、深圳市洲立達電子技術(shù)有限公司三方的共同研究成果，2004年4月初開始現(xiàn)場安裝，經(jīng)各參與單位的通力合作，＃6機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)于5月初成功投運，順利完成了＃6機組開機測試、配重試驗、試運行測試等任務，從一個側(cè)面充分體現(xiàn)了鳳灘擴機工程高效率、高質(zhì)量的宗旨。
系統(tǒng)設計從發(fā)現(xiàn)和解決問題的角度充分考慮了電廠的需要和現(xiàn)場的實際，并借鑒其他電廠的應用經(jīng)驗加以完善，其實用性較強，相信在使用過程中，一定會對機組的檢修和運行起到很好的指導作用。當然，該設計肯定也還有不足的地方，希望各位專家能加以指導。