水力機組故障測試與診斷

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水力機組故障測試與診斷
                    
摘要：在理論學習的基礎上，基本掌握水力機組測試測試原理，機組振動原因、振動分析、機械振動分析；機組故障故障診斷內(nèi)容、方法等。分析了當前大型水電機組行狀況及其故障原因，并結(jié)合電網(wǎng)和水電廠的運行實際，建立相關(guān)大型水電機組運行穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，為機組穩(wěn)定分析診斷提供了有效、可靠的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：水電機組 故障診斷 穩(wěn)定性 相關(guān)措施
引言：隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學技術(shù)的發(fā)展，機電設備越來越精密復雜，自動化水平也相應提高，機組設備一旦發(fā)生故障，不但設備遭受極大破壞，也將給人們的生活與生命造成極大威脅。因此，保證大型水電機組的正常安全運行，對其運行狀態(tài)進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”防患于未然是工程界夢寐以求的理想，也是大型電站機組檢修的發(fā)展方向。
水輪發(fā)電機組工作穩(wěn)定性是其工作性能中的一項重要指標，而存在的穩(wěn)定性問題又表現(xiàn)為不同形式的振動。因此，對振動的分析就成為研究機組穩(wěn)定性的重要內(nèi)客。對那些事關(guān)國民經(jīng)濟命脈的基礎行業(yè)的大型機電設備保證大型水電機組的正常安全運行，對其運行狀態(tài)進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”防患于未然是工程界夢寐以求的理想，也是大型電站機組檢修的發(fā)展方向。
一、機組故障的概況
故障機理研究、預測及分析技術(shù)
故障機理研究是對機械設備進行故障診斷的基礎。深入研究機械設備在運動時的動力學特性及各部件之間的相互關(guān)系，研究設備正常運行時和發(fā)生故障后產(chǎn)生的各種癥狀與可能性，是對機械設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的前提。理論研究主要有與機械設備相關(guān)的振動理論、摩擦理論、空氣動力學理論、材料失效理論等。
故障預測是設備診斷的重要任務之一。通過對整個設備的狀態(tài)變化趨勢和維修狀況進行分析，計算其殘余壽命，可有效確定設備的整個服役壽命和報廢時間，為系統(tǒng)的維修、報廢和改進設計奠定基礎。
預測與分析的策略和方法主要有:基于狀態(tài)模型的故障預測方法、基于過程的長期預測方法以及集成故障預測系統(tǒng)等。
診斷決策技術(shù)
通過對故障進行診斷，可以判明故障的部位，分析故障的原因，提出排除故障的方法，從而可以提高設備維修的可適性和設備完好性，減少設備的金壽命周期費用。
國內(nèi)外經(jīng)過多年的發(fā)展，提出了模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)等諸多診斷決策方法，特別是建立了大量的專用故障診斷專家系統(tǒng)。
電站機組運行設備故障診斷的難題:
水輪發(fā)電機組的振動與一股動力機械的振動有較大的差異，引起和影響水輪發(fā)電機組振動的原因和因素要比一股動力機械多且復雜，不僅組成系統(tǒng)整體的各部分相互有影響，而且引起機組振動的諸因素間又有相互影響。
二、水輪發(fā)電機組振動故障的特點
切機器在運行中，都不可避免地存在著不同程度的振動。和其他動力機械一樣，水輪發(fā)電機組在運行中，也同樣存在著一定程度的振動。但是，由于水輪發(fā)電機組工作的特殊性，其振動故障與一般動力機械相比，有較大的差異，具有復雜性、耦聯(lián)性及故障和特征的非一一對應性。
（一）水輪發(fā)電機組振動的復雜性
主要表現(xiàn)在：
    1.往往幾種振源同時存在，要分清主次及其相互關(guān)系很難；
    2.既有個別部件或部位振動，又有各部件和部位的耦聯(lián)振動；
    3.既有一般的迫振和共振，又有倍頻和自激振動；
    4.激振力種類多，各種激振力的組合隨機組運行工況(變速無勵磁、空載勵磁、帶負荷、調(diào)相等)不同而異。
（二）水輪發(fā)電機組振動的耦聯(lián)性
     耦聯(lián)性表現(xiàn)在不僅組成系統(tǒng)整體的各部分相互影響，而且引起機組振動的諸因素間又有相互影響和制約。如水壓力脈動引起的機組軸系的豎向振動，將導致轉(zhuǎn)子輪緣磁軛及磁極的振動，致使發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子間的空氣間隙不均勻，由此便產(chǎn)生了不對稱磁拉力，反過來又會加劇或阻尼機組轉(zhuǎn)動部分的振動。
     因此，對于水輪發(fā)電機組的振動，除需要考慮機組本身旋轉(zhuǎn)部分或固定部分的振動外，尚需考慮流動液體的動水壓力造成的電站引水系統(tǒng)、水輪機過流部件的影響及發(fā)電機電磁力對機組振動的影響。
（三）水輪發(fā)電機組振動故障和特征的非一一對應性
    水輪發(fā)電機組振動的故障特征往往有多方而的反映，不同的故障其特征存在著顯著的交叉，故障和特征之間并不是一一對應的關(guān)系，而且一種故障在特征上有多方面的反映。同時，某一部位的超常振動可能是幾種故障的疊加，而某一故障引起的振動也會在幾個部位不同程度的反映出來。
    水輪發(fā)電機組振動的這些特點，綜合表現(xiàn)在機組上，便使得人們難以用準確的語言對其振動程度與存在與否進行描述，這無疑給故障分析帶來一定困難，這也是水輪發(fā)電機組故障診斷技術(shù)發(fā)展緩慢的一個原因。
三、水輪發(fā)電機組振動機理
雖然水輪發(fā)電機組的振動具有復雜性和耦聯(lián)性，但當分析其振動原因時，若完全按其耦合關(guān)系來研究，是非常困難的。很難建立可用來進行分析計算的數(shù)學模型，即使是在試驗中同時考慮這些因索的互相影響也不容易得出結(jié)論。因此，我們還是從引發(fā)其振動的三個主要因素入手，通過研究其振動機理從中提取有助于解決問題的信息。