摘要：本文對目前流行的機組狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)檢修的意義和云峰發(fā)電廠機組狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)檢修情況做簡要介紹，提出今后機組狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)檢修設想，供同行參考。

關鍵詞：機組狀態(tài)監(jiān)測 狀態(tài)檢修 機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

云峰發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的作用主要是擔任調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用任務，要達到以上目的，要求機組必須具備良好的可靠性和可調(diào)性。根據(jù)東北公司對水電廠狀態(tài)檢修工作的要求，我廠開展了設備狀態(tài)檢修的前期工作，并與豐滿發(fā)電廠一道，成為東北地區(qū)水電機組狀態(tài)檢修的試點單位。目前我廠已將四臺機組的檢修及運行歷史資料，系統(tǒng)地進行了整理匯編，呈報水管部、電科院。幾年來，云峰發(fā)電廠的機組檢修已由傳統(tǒng)的計劃性逐步過渡到狀態(tài)性，檢修方式由原來的"到期必修、修必修好"，逐步向"該修必修、修必修好"過渡。在設備的在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修方面初步有了成效。

1水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)概述

近年來，水電廠設備的狀態(tài)檢修（亦即預測性維修）工作已越來越受到普遍關注。設備狀態(tài)檢修的必要條件是要進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。對設備整體或局部在運行過程中的物理現(xiàn)象進行隨機或定期檢測，就是狀態(tài)監(jiān)測。而設備診斷技術則是一種了解和掌握在用設備的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預報故障發(fā)展趨勢的硬件或軟件的綜合技術。設備的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術作為一種基本手段，為狀態(tài)監(jiān)測提供切實依據(jù)，以便合理安排維修，確保設備的安全經(jīng)濟運行。

設備狀態(tài)監(jiān)測和診斷的關鍵是在線監(jiān)測技術，包括信息采集、數(shù)據(jù)處理與分析、處理意見與決策。有效的在線監(jiān)測可以隨時掌握設備的技術狀況和劣化規(guī)律，避免突發(fā)性事故和控制漸發(fā)故障的發(fā)生。

實踐證明，實施在線監(jiān)測可以減少設備不必要的停役、降低維修成本、增加可利用時間，從而提高設備的運行維修效益。

1.1 機組計劃檢修存在的弊病

機組狀態(tài)檢修工作實施前，我廠的四臺水輪發(fā)電機組的檢修是按計劃檢修原則進行的，根據(jù)原水利電力部頒發(fā)的《發(fā)電廠檢修規(guī)程》中規(guī)定的檢修周期、檢修工期、檢修項目等指標，"到期必修、修必修好"，其實部頒規(guī)程對機組檢修周期、檢修工期及檢修項目的規(guī)定依據(jù)基本上是同類設備的檢修經(jīng)驗，不具有普遍意義。經(jīng)過多年的技術實踐，我們認識到，這種規(guī)定帶有較大的習慣性，是一種徒弟學師傅式的方法，比較保守、盲目，但也比較把握，除浪費一些人力、材力、物力、時間外，一般還不致出什么大差錯。但從設備檢修的目的是消除缺陷，保證設備健康運行這個角度講，計劃檢修是不盡合理的。所謂的"到期必修"就是設備運行到某一規(guī)定的期限，不論處于什么樣的技術狀態(tài)、有無缺陷一律停機檢修。由于我廠各臺機組的設計制造、運行狀況的不盡相同，即使是同類的設備在相同的運行周期內(nèi)，也表現(xiàn)出很大的差異性。同時，"到期必修"經(jīng)常帶來不必要的大拆大裝，不但造成人、材、物的大量浪費，有時還會把設備拆修壞了，造成"勞而有罪"。

1.2 設備狀態(tài)檢修的優(yōu)勢

通過不斷探索及實踐，我們認識到，狀態(tài)檢修的核心是通過對設備的診斷，摸清設備的實際狀況，并以此為依據(jù)制訂切實可行的檢修計劃予以實施。狀態(tài)檢修的通俗說法是"該修必修、修必修好"，它所強調(diào)的是在"該修必修"的"該"字上，這個"該"字反映了整個檢修工作的科學性，它要求決定修與不修，小修還是大修要有充分的事實依據(jù)，要經(jīng)過該與不該的反復論證，不能憑經(jīng)驗行事，不該修的堅決不修，該修的堅決修好，只有這樣，才能恰到好處地完成檢修任務。

我們還認識到，狀態(tài)檢修比計劃檢修更符合"預防為主"的原則。計劃檢修的最大弊端是不能根據(jù)設備的實際技術狀態(tài)決定檢修內(nèi)容，而讓計劃期限箍得過死，狀態(tài)檢修則不然，它是通過各種不同的診斷手段摸清了設備的技術現(xiàn)狀后才決定檢修內(nèi)容的，它可以根據(jù)設備的技術狀態(tài)及運行要求，提前或推遲檢修周期，增加或刪減檢修項目，真正實現(xiàn)檢修的目的，并具有最大的經(jīng)濟技術效益。顯然，狀態(tài)檢修掌握著消除設備缺陷的主動權，符合設備的運行的發(fā)展規(guī)律，符合防患于未然的原則。

1.3 我廠初期實施機組狀態(tài)檢修后帶來的效益

機組狀態(tài)檢修實施前，我廠對反映四臺機組的運行狀態(tài)的參數(shù)測定只停留在手工檢測階段，通過定期的試驗觀察，比照標準，分析設備的技術狀況決定檢修計劃。由于缺乏可靠有效的診斷方法與診斷儀器，使得制訂的檢修計劃不完全有效。1991年，我廠與華中理工大學電測教研室合作， 共同研制了第一代BZJ1擺度振動監(jiān)測儀，該儀器于1992年9月安裝在我廠的四號水輪發(fā)電機組上。受當時技術條件所限，測點較少，同時電測數(shù)據(jù)與手工測得數(shù)據(jù)相差懸殊，沒有受到現(xiàn)場工人的歡迎。1996年我廠與海南洲立科技公司共同開發(fā)了SZJ水電機組振動測試及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由擺度振動監(jiān)測儀（BZJ）、多路通訊控制器（DTC）、數(shù)據(jù)處理及分析軟件包（SFC）三個部分組成，BZJ將采集的數(shù)據(jù)由RS232串口經(jīng)DTC送往上位計算機，再由SFC進行分析及處理。該系統(tǒng)被安裝在我廠的2、3、4號機組上。2000年末，我廠又與深圳洲立達公司合作，共同開發(fā)了一號機組機械狀態(tài)分析及故障診斷系統(tǒng)(SZJ99)，該系統(tǒng)自成一個系統(tǒng)，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)不相連。該系統(tǒng)的功能較前兩代有較大的增強，監(jiān)測通道由9個增加到17個，在進行巡回檢測的同時進行信號波形采集，可錄制機組的瞬態(tài)過程及波形。該系統(tǒng)在機組機械振動監(jiān)測及實時分析儀（BZJ3）提供的機組振動數(shù)據(jù)及其特征的基礎上，運用理論知識和實踐經(jīng)驗，形成機組機械狀態(tài)分析軟件。以便進一步分析機組的機械狀況特征和引起異常振動的原因。從而提供機組檢修及故障分析的依據(jù)或參數(shù)。通過系統(tǒng)實際運行中的數(shù)據(jù)（特別是特況數(shù)據(jù)）積累，幫助專職人員加強對機組機械特征的深入了解，提高狀態(tài)檢修的水平。通過接入網(wǎng)絡系統(tǒng)（此項目前未進行實施），專職人員及有關領導可在遠地了解機組的機械狀況，以滿足水電廠"無人值班"（少人值守）的要求。

采用以設備狀態(tài)監(jiān)測為基礎的狀態(tài)檢修管理模式后，由于摸清了設備的實際技術狀況，我廠目前的機組大修周期已改為4年以上，機組擴大性大修周期已改為10年左右。過去，不管設備的狀況，檢修周期一到，馬上就開始檢修，對于設計、制造、安裝、維護質(zhì)量優(yōu)秀的機組，檢修過于頻繁不但沒有好處，大多數(shù)情況是拆下來擦擦油、抹抹灰而已。增加了機組的檢修費用、停用時間，降低了機組的可調(diào)小時數(shù)。現(xiàn)在由于我廠注重了在設備的狀態(tài)上下功夫，通過掌握機組的狀態(tài)來確定機組的檢修時間和檢修項目，最終達到延長檢修間隔，縮短檢修工期，降低維修成本的目的。按設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行情況并對照規(guī)程標準制定檢修時間及項目，收到了顯著的經(jīng)濟效益。如我廠二號機組，在各負荷工況下，從監(jiān)測儀測得的各項數(shù)據(jù)來看，均不超過規(guī)定值，設備運行穩(wěn)定，但已連續(xù)運行14年沒有進行擴大性大修。由于該機組每次小修檢查都發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子鐵芯拉緊螺桿折斷現(xiàn)象，同時存在水輪機導葉漏水嚴重的缺陷，需更換導葉軸套，因此根據(jù)狀態(tài)檢修的思想，決定對該機組進行擴大性大修，大修后提高了設備運行的可靠性。再如我廠四號機組，投產(chǎn)初期就存在著擺度、振動大的缺陷，而且機組振動區(qū)域較寬。實施機組狀態(tài)監(jiān)測后，對四號機組存在缺陷的原因進行了深入細致的研究及分析，確定了四號機振動擺度大主要是由于機組軸線引起。通過對該機組進行擴大性大修，取消了推力頭與鏡板間的絕緣墊，在推力頭與鏡板間增加了兩道密封圈，有效地防止了兩者接觸面產(chǎn)生空蝕而引起的軸線惡化，同時將推力頭及鏡板返廠進行了處理，使其各部精度均達到圖紙規(guī)定，機組投入運行后，各部振動、擺度明顯減輕，達到了預期目的。再如我廠的一號機組，2001年進行過一般性大修，機組修后經(jīng)振動擺度監(jiān)測儀實測發(fā)現(xiàn)勵磁機定子外殼的垂直振動達到0.17-0.20mm，水平振動達到0.18-0.20mm，強烈的振動對機組結構部件造成的危害是巨大的，根據(jù)該情況，我們及時向主管部門提出擴修申請，并到上級部門說明情況，得到批準。經(jīng)分解檢查發(fā)現(xiàn)，機組軸線已惡化，推力瓦（10塊）嚴重磨損，個別瓦面有嚴重裂紋，推力抗重螺釘及托盤接觸面磨損及變形嚴重，鏡板工作面存在劃痕，局部位置呈藍色，系工作時溫度過高所致，推力頭底面、鏡板背面空蝕嚴重。將推力頭、鏡板、推力抗重螺釘及托盤均進行了返廠處理，達到圖紙規(guī)定要求，并對將全部推力瓦進行了更換。

幾年來，我們一是通過日常性的機組狀態(tài)診斷掌握設備的損壞狀態(tài)與規(guī)律，加強每日的設備巡回檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進行處理，由于機組振動擺度監(jiān)測系統(tǒng)測點數(shù)量的限制，有些部位的振動及擺度不能測到，我們定購了手持式振動擺度測試儀，對機組所有部位的振動擺度均可進行測量。二是通過日常性的維修恢復設備的健康。從上到下擺脫計劃檢修的束縛，將狀態(tài)診斷與日常維修結合起來，用狀態(tài)診斷結果指導維修，用維修實踐驗證或修正狀態(tài)診斷技術，從而達到完善狀態(tài)診斷技術與提高維修水平的共同目的，這樣，就有可能為解決設備的老大難問題創(chuàng)造條件，這對于延長機組檢修間隔與運行壽命是有好處的，比如，若能成功地解決機組軸線穩(wěn)定性與水輪機汽蝕損壞兩大問題，那么機組的大修周期至少可延長一倍以上，而且可使檢修內(nèi)容大為簡化，檢修費用大大降低。

2 機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實際需求

隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展，供電可靠性的高要求與不盡人意的設備故障率之間的矛盾也愈加突出。電力部門期盼實施在線監(jiān)測能及時發(fā)現(xiàn)設備的隱患，從而防患于未然。由于各種原因，設備停役有時難以安排。因此我們實行狀態(tài)檢修與周期性檢修相結合的檢修原則。而狀態(tài)檢修的一個重要前提，就是實施在線監(jiān)測，了解設備狀態(tài)，做到心中有數(shù)。

隨著我廠"無人值班"（少人值守）的實施，希望在對廠內(nèi)的各種運行設備（參數(shù)）進行監(jiān)控的同時，增加對設備運行可靠性的監(jiān)測手段。而"減人增效"、"廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)"等現(xiàn)代管理模式的形成和建立，也需要強有力的技術支持。

現(xiàn)役設備或已老舊，或有先（后）天形成的缺陷，還有受到懷疑的一些設備，在線監(jiān)測可以實時監(jiān)視其運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題就及時退出。這樣，便能最大限度地利用這些設備的剩余壽命。

隨著測試技術（裝置）的發(fā)展和逐步完善，尤其傳感技術和信息處理技術的不斷進步，為在線監(jiān)測提供了充要的條件。實施在線監(jiān)測過程中，我們不僅體會到縮短設備停役時間、減少停電損失，避免過剩維修、延長設備壽命，以及杜絕因試驗操作失誤可能釀成事故等，還從中積累了經(jīng)驗，促進在線監(jiān)測技術不斷提高的良性循環(huán)。

目前在線監(jiān)測技術已進入實用化、智能化階段。Internet ／Intranet網(wǎng)絡技術的應用，為狀態(tài)監(jiān)測與診斷開拓了廣闊的技術空間，如遠程分布式故障診斷和虛擬故障診斷等，突破了傳統(tǒng)的故障診斷的某些技術瓶頸。

電力設備設計、安裝和運行管理經(jīng)驗的長期積累，也為專家系統(tǒng)的建立提供了明確、寬厚的多領域?qū)ｉT知識，足以對運行設備的故障、壽命進行分析、判斷和決策，以達到建立預測性維修體制的目的。

3 機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施基礎

水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性是其工作性能的重要指標。而機組工作不穩(wěn)定的基本表現(xiàn)形式就是振動，這是一種非常有害的現(xiàn)象。較大的振動嚴重地威脅著機組的供電質(zhì)量、機組的使用壽命和安全運行。水電機組的振動，多數(shù)由于機械、水力、電磁等因素耦合作用的結果，振動機理比較復雜，憑直觀判斷或簡單的測試一般難以找到根本原因。有些故障與運行參數(shù)有關，故障出現(xiàn)有一定的偶然性，因此故障特征不容易捕捉。

由于水電機組固有的優(yōu)勢，電網(wǎng)調(diào)度中越來越強調(diào)水電廠的調(diào)峰作用。這就要求水電機組在整個出力范圍內(nèi)具有充分的可用性，即不僅滿足于正常出力發(fā)電，還要力爭改善不穩(wěn)定負荷區(qū)的抗動狀態(tài)。

水電機組的單機容量在電網(wǎng)中的比重越來越大，其可用度和安全對電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟的影響極大。不言而喻，如時值水電廠棄水期，機組事故檢修造成的經(jīng)濟損失就更為嚴重。

另一方面，隨著水電廠雙達標、創(chuàng)一流工作和技術改造的不斷深入，設備健康水平和自動化程度均有顯著的提高，設備管理水平也有長足的進步。這些都為我廠的機組狀態(tài)檢修打下了良好的基礎。而且，水輪發(fā)電機組故障的發(fā)生和發(fā)展一般是有跡象的和漸變的，多數(shù)有磨損和疲勞特征，即有一個從量變到質(zhì)變的漸進過程。這就使得利用狀態(tài)跟蹤和趨勢分析技術來捕捉故障征兆、實現(xiàn)早期預警變得相對容易，準確性也比較高。

針對上述工程實踐中的問題，要對水電機組實行在線監(jiān)測和故障診斷，實現(xiàn)水電站運行設備監(jiān)控、維護的高效管理。水電機組運行狀態(tài)監(jiān)測是充分發(fā)揮水電廠效益的重要因素。

4 我廠機組狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)狀

4.1 目前已安裝的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如下：

要保證機組安全穩(wěn)定運行，維持機組良好的運行狀態(tài)，包含的技術指標非常廣闊，光靠以上安裝的測量及監(jiān)測系統(tǒng)還是遠遠不夠的。目前世界發(fā)達國家機組狀態(tài)檢修也沒有太成功的經(jīng)驗，因為這畢竟是一項相當復雜的系統(tǒng)工程，但機組的狀態(tài)檢修，是以后機組檢修的必然趨勢。我廠在機組狀態(tài)檢修工作中，只是邁出了一小步，要真正達到按機組的運行狀態(tài)，有針對性的對機組實施狀態(tài)檢修，今后的要做工作還有很多。

4.2 建議建立完善的組織機構，真正把在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修管起來

我廠對機組在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修十分重視，由廠長親自掛帥，抽調(diào)廠各部門的技術骨干力量，由生技部主任、檢修及運行主任、生技專工等人員兼職。成立了狀態(tài)檢修領導小組。小組成立后，立即開展了工作，制定了機組在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修管理辦法，定期召集小組成員研究機組的運行的新情況，根據(jù)機組的實際狀況，制定相應的檢修周期及檢修項目，并負責組織實施、協(xié)調(diào)及解釋。實施中小組成員及時跟蹤、吃住在現(xiàn)場，嚴格按照國家規(guī)定的各項規(guī)程、制度，把住設備檢修的質(zhì)量關，注重機組的檢修工藝標準，各項作業(yè)均按本廠制定的標準化作業(yè)及規(guī)范化管理細則中的有關規(guī)定執(zhí)行。對設備出現(xiàn)的任何問題，機組狀態(tài)檢修領導小組成員必須做到心中有數(shù)，以便制定行之有效的解決措施，檢修項目、檢修工期等的變更必須由領導小組決定，其他人員無權更改。

盡管我們在機組狀態(tài)檢修上作了很多的工作，但還存在著一些管理上的弊病，如機組振動擺度監(jiān)測裝置沒有專人管理，放在運行監(jiān)控室無人管，顯示數(shù)據(jù)是否正常也不知道，沒有使裝置真正發(fā)揮作用。手持式振動擺度測試儀放在班組沒有有效地進行管理，使用的時候缺東少西，配件都找不到。

5 今后機組狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)檢修設想

5.1 機組狀態(tài)監(jiān)測對象及目標

總體而言：狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應包括如下幾方面的內(nèi)容：機組穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、機組效率狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、機組氣蝕狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、發(fā)電機運行狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)和其他系統(tǒng)傳輸?shù)拈_關量、模擬量等。并且包括將這些系統(tǒng)整合起來進行數(shù)據(jù)管理、診斷及網(wǎng)絡發(fā)布的狀態(tài)診斷網(wǎng)絡，通過這一網(wǎng)絡，則可使電廠各生產(chǎn)單位及管理部門可隨時靈活地管理機組狀態(tài)信息，達到為生產(chǎn)和檢修服務的目的，如圖1所示：

圖1

5.2各部分功能說明

(1) 穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)部分

此部分系統(tǒng)我廠已經(jīng)進行了具體實施，在此不再詳述。

(2) 機組效率狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)部分

水輪機效率因機型的不同，設計制造水平的不同而不同。在已投入運行的機組中，有的由于設計選造型不合理或在制造安裝中存在著缺陷和遺留問題，使得水輪機效率不高。特別是有的機組由于長期處在低效率區(qū)或在低水頭下運行，嚴重影響著機組效率的發(fā)揮，同時還會造成嚴重的振動和氣蝕破壞。因此需要摸清現(xiàn)有運行機組在運行中的實際效率狀況，探討和解決運行工況對水輪機效率的影響。為了充分利用水力資源、提高水力發(fā)電廠的經(jīng)濟效益、實現(xiàn)水力機組乃至整個電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，需要對水電廠現(xiàn)場水力機組進行效率監(jiān)測，實測出水力機組乃至整個水電廠的動力特性，使得各臺機組的效率試驗成果成為整個電網(wǎng)優(yōu)化運行的可靠的基礎技術資料并指導水電廠經(jīng)濟運行。

水輪機效率的實時監(jiān)測對電站的經(jīng)濟運行有著重要的作用。水輪機效率的在線監(jiān)測既可用于機組在安裝竣工或大修結束后的現(xiàn)場驗收試驗，以便檢查設計、制造、安裝和檢修質(zhì)量是否滿足要求，又能通過對機組運行性能進行長期連續(xù)監(jiān)測，提供在不同的水流和工況條件下水輪機性能的實時數(shù)據(jù)，為確定電廠經(jīng)濟運行中的開機臺數(shù)和負荷優(yōu)化分配以及機組的狀態(tài)檢修等提供參考。因此水輪機效率在線監(jiān)測一直是實現(xiàn)電廠經(jīng)濟技術指標考核和經(jīng)濟運行的一個重大科技攻關課題。隨著計算機、通信、信息、測控等一系列新技術的迅速發(fā)展和在電廠的應用，給效率在線監(jiān)測項目的開發(fā)提供了成熟的技術基礎。當前，以廠網(wǎng)分開為基礎的電力體制改革方案已經(jīng)出臺，電力市場競價上網(wǎng)亦將成為必然的發(fā)展趨勢。因此，在保證安全運行，滿足電力系統(tǒng)要求的基礎上，不斷提高水資源利用率，設備可用率，減少運行和維護費用，已成為每個電廠迫切需要開展工作，以提高自身競爭力面向市場的重要目標。

在線監(jiān)測機組效率同機組效率測試是不同的要求，因為水頭在生產(chǎn)過程中不可能人為很好地控制，所以在線監(jiān)測強調(diào)的是在實際運行工況下機組不同效率性能的比較和擇優(yōu)，也就是說，在線效率監(jiān)測并非是為了測得機組的某一確定效率值，而是評價機組在當前蓄水條件和生產(chǎn)條件的約束下，應該采用何種運行方式最為經(jīng)濟，甚至可以實現(xiàn)多臺機組的綜合經(jīng)濟指標最優(yōu)。這些效益及顯著的優(yōu)點如果不進行機組在線狀態(tài)監(jiān)測是不可能得到的。

另外，效率監(jiān)測對于機組穩(wěn)定性監(jiān)測、氣蝕監(jiān)測及故障診斷是非常好的映證和補充，可以降低誤判斷的幾率，縮短積累經(jīng)驗的周期，如圖2為某廠機組運行特性曲線：

(3) 機組氣蝕狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)

水輪機氣蝕監(jiān)測能夠準確地監(jiān)測水輪機的氣蝕強度，使機組能夠在高效率區(qū)運行，減少水輪機葉片的氣蝕破壞，通過對氣蝕量歷史數(shù)據(jù)的累積測量，可以標定水輪機的氣蝕破壞程度，準確決策機組的檢修間隔，為機組由計劃檢修向狀態(tài)檢修過渡奠定基礎。

反擊式水輪機在其運行時，在轉(zhuǎn)輪出口和尾水管進口處往往形成負壓，當壓力降低到小于氣化壓力時，水就汽化，在水流中產(chǎn)生許多氣泡，氣泡隨著水流移動到壓力較高處，便驟然消失。在此瞬間，水流質(zhì)點以高速度向氣泡中心撞擊，水流質(zhì)點這種高速度的碰撞會引起水壓力的增高（有時達幾十到幾百個大氣壓），然后被強烈碰撞而壓縮的水流質(zhì)點，又向相反的方向擴散，從而造成氣泡處的壓力急驟降低。這樣就形成氣泡中心的壓力，在一段時間內(nèi)周期性的波動。這種由氣泡的產(chǎn)生和消失過程中引起的一系列現(xiàn)象稱為氣蝕現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)代對氣蝕的研究，雖說還不夠充分，但比較成熟和一致的解釋，除上述周期性的壓力波動外，還有下列現(xiàn)象：

當壓力降低到飽和蒸氣壓時，水流不僅產(chǎn)生氣泡，溶解在水中的氣體也以氣泡形式選出，這種空氣泡會隨著水流排出。當氣泡的產(chǎn)生和消失發(fā)生在固體表面時，水流質(zhì)點高速度的周期性沖擊象銳利的刀尖一樣劇烈地打擊著固體表面，造成固體表面的機械破壞，稱為剝蝕。如果固體表面粗糙，則剝蝕更嚴重。

此外，氣泡受壓縮時，由于體積縮小而溫度升高，再加上水流質(zhì)點相互高速度的撞擊和對固體的撞擊也產(chǎn)生熱量，實驗證明，當氣泡凝結時，所引起的局部溫升可達300℃左右，使得冷熱固體形成了熱電偶，彼此間產(chǎn)生了電流，這是固體表面遭受侵蝕的電化學原因。

綜上所述，氣蝕是一個綜合的物理現(xiàn)象的而非單一的物理量，因此它是不可能通過某一單一的物理量來描述和測量的，而只能通過綜合的分析和診斷得到一個評價性的描述，例如：某轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴重，在不改變轉(zhuǎn)輪尺寸的情況下僅僅替換轉(zhuǎn)輪的材質(zhì)，就有可能完全消除氣蝕產(chǎn)生的破壞，但這時的水力及機械作用量的測量結果將和原先有氣蝕破壞時完全一樣，所以氣蝕監(jiān)測的意義就在于評估這種破壞能力的大小或效應，而非測定其破壞后果，當然，也可以通過經(jīng)驗的積累使這兩者產(chǎn)生一種歸納上的聯(lián)系，但這種歸納的理論化和效果描述在目前還十分困難，很難用于推廣和預測。

圖2

根據(jù)氣蝕發(fā)生的條件，水輪機中的氣蝕一般可分為3類：

翼型（葉型）氣蝕這是反擊式水輪機普遍具有的氣蝕現(xiàn)象。水流流經(jīng)葉片時，在葉片表面形成壓力差，使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)作功。通常葉片的正面是正壓力，而背面是負壓力，這種負壓是轉(zhuǎn)輪作功所必須的，但它又造成了氣蝕條件。從理論上講，這個氣蝕條件可從水輪機安裝高度上加以解決，所以翼型氣蝕產(chǎn)生的主要原因是由于轉(zhuǎn)輪葉片制造中不符合模型要求而引起的。在運行中由于運行工況不良也會引起翼型氣蝕。

當水輪機運行在低水頭（低于設計水頭，特別是在轉(zhuǎn)輪允許的最小工作水頭附近）和低負荷運行時，水流經(jīng)過葉片就會產(chǎn)生脫流和旋渦，轉(zhuǎn)輪出口處每一個葉片形成一個旋渦，再加上整個轉(zhuǎn)輪出口的旋轉(zhuǎn)水流，就在轉(zhuǎn)輪和尾水管進口處形成一個大旋渦（或大渦帶）。其旋渦中心產(chǎn)生很大的真空，形成空腔氣蝕，這種旋渦以一定的頻率在尾水管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而其中的真空帶周期性的掃射在尾水管的四周壁上，結果是一方面造成尾水管壁的氣蝕破壞，另一方面產(chǎn)生周期性的壓力波，形成強烈噪音，嚴重時可引起整個機組振動。

在導葉下端面間隙處，導葉關閉時導葉與導葉立面間隙處，以及轉(zhuǎn)輪止漏裝置間隙處，當水流通過這些較小的間隙時，流速產(chǎn)生局部增高和壓力降低因而產(chǎn)生氣蝕，這種現(xiàn)象稱為間隙氣蝕。當機組在低負荷運行時，導葉開度較小，局部流速增高，壓力降低，很容易產(chǎn)生間隙氣蝕。

以上三種氣蝕對效率和穩(wěn)定性影響最大的當屬空腔氣蝕，目前，對空腔氣蝕和間隙氣蝕均可采用綜合分析法準確的判斷和監(jiān)測，即通過測量尾水管壓力脈動、尾水管振動、頂蓋振動、水導軸承渦動、止漏裝置水壓脈動、導葉后水壓脈動等等這些量的綜合分析，可以評估空腔氣蝕及間隙氣蝕效應的強弱，對于翼型氣蝕，其產(chǎn)生的效應頻率寬廣，必須用涵蓋整個音頻范圍的分析設備和儀器來加以控制和分析，造價昂貴，而且因為翼型氣蝕發(fā)生的位置對監(jiān)測效果影響較大，所以對于翼型氣蝕僅限于發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生，很難評估其破壞能力，因此可知絕大多數(shù)可以采用低廉的綜合分析法，避免空腔氣蝕和間隙氣蝕，已經(jīng)可以產(chǎn)生非常明顯的經(jīng)濟效益。

(4) 發(fā)電機運行狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)

水輪發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子空氣間隙是一項重要的電磁參數(shù)，它對電機的其它參數(shù)、運行性能及技術經(jīng)濟指標有著直接的影響。設計選定的氣隙值，由于種種原因，在機組安裝、試運行以后會發(fā)生變化。這些原因包括制造、安裝的諸因素和定、轉(zhuǎn)子結構部件受電磁力及離心力的作用，其中尤其與發(fā)電機轉(zhuǎn)子結構特征有較大關系。運行中的發(fā)電機氣隙均勻性直接影響其電氣特性和機械性能的穩(wěn)定，有著不容忽視的作用。

發(fā)電機運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子空氣間隙，可以直接測量出經(jīng)過長期運行后定子的變形趨勢及大小；轉(zhuǎn)子磁極的松動和結構變形；定轉(zhuǎn)子同心度的定位偏差和改變傾向，以及在正常運行和電氣事故沖擊過程中動態(tài)氣隙是否滿足安全標準，對于評估發(fā)電機的穩(wěn)定性有著不可替代的和十分重要的作用。

具體的檢測過程采用在定子內(nèi)部貼裝薄片狀氣隙傳感器實現(xiàn)，目前已有標準的傳感器可購買，效果容易保證。

磁通量測量：大量的定子絕緣故障及轉(zhuǎn)子繞組故障都會伴隨著對應空間位置的磁通量變化，正是基于這一原理，可以通過檢測發(fā)電機定量間隙中的磁通量獲得定轉(zhuǎn)子電氣狀態(tài)的直接測量結果。例如：當某一磁極發(fā)生匝間短路，則當這個磁極掠過磁通量傳感器位置會比其他磁極所產(chǎn)生的磁通量更小，從而明確地定位此故障。又如通過長期監(jiān)測貼于定子某一位置的磁通量，通過分析其變化規(guī)律即可判斷定子線棒有無放電、短路等故障，同時對于磁極松動、第二氣隙形成等轉(zhuǎn)子機械故障也可以精確的檢測，具有很好的實用性。

診斷檢修替代傳統(tǒng)停電檢修的推廣，原有的停電試驗已不能完全適應電力生產(chǎn)的需要。電氣設備絕緣在線監(jiān)測技術是近年來發(fā)展起來的一門新技術，它是在電氣設備運行中隨時監(jiān)測分析電氣設備絕緣的狀態(tài)參數(shù)，并反饋給運行維護人員，及時發(fā)現(xiàn)設備事故隱患，減少不必要的停電檢修及破壞性的絕緣試驗工作，保證設備的安全運行，提高設備供電的可靠性。

一般機組運行多年后，絕緣材料在機械、熱力、電力和環(huán)境的作用下會逐步老化，由于絕緣隱患所引起的局部放電，起因于發(fā)電機的絕緣老化、放電，定于槽楔中綁線松動造成的斷股和槽放電等，這些情況的產(chǎn)生和發(fā)展都可能導致發(fā)電機絕緣的劣化，傳統(tǒng)的停電預試不能保證發(fā)電機絕緣在一個檢驗周期內(nèi)安全運行，尤其是無法掌握運行中發(fā)電機的絕緣放電的狀態(tài)變化。因為事故的發(fā)生及發(fā)展都有一個過程，該過程伴隨的放電發(fā)生與發(fā)展過程存在著很大的隨機性，絕緣失效的危險也就大大地增加。如果絕緣失效發(fā)生，檢修的費用是十分昂貴的。電廠可能需要花費數(shù)月時間來重繞這臺機器，重繞是一項費用高昂且耗工耗時的工作，對電廠來說損失巨大。根據(jù)我國歷年來的相關統(tǒng)計，100MW以上的發(fā)電機（包括水輪發(fā)電機和汽輪發(fā)電機）每年每百臺發(fā)生的故障率為7～9次左右（其中1997年為7．59次，1998年為8．67次）。

大部分絕緣老化都會造成局部放電（電暈），即高壓絕緣層中的小火花，都可以通過局部放電測試來檢測。這種方法是通過檢測局部放電脈沖的頻率、幅值、極性和相位來評估絕緣系統(tǒng)的老化程度。以往發(fā)電機局部放電測試被高強度電子噪聲干擾，使得測試結果很難分析，需要高度的專業(yè)水平才能做出正確的分析。但是，隨著近期高新技術的不斷發(fā)展，可以消除噪聲干擾并將局部放電量化的儀器和傳感器被開發(fā)出來，使得測試過程的進行和結果分析可以由電站的一般非專業(yè)工作人員在機組運行的情況下完成，增強了系統(tǒng)的實用性。致力于通過檢測局部放電來診斷和測試絕緣質(zhì)量和老化程度，有利于延長檢修周期，降低檢修和生產(chǎn)成本，保證設備的良好狀態(tài)和提高設備的利用率。

絕緣監(jiān)測的實用技術基本上是基于對局部放電產(chǎn)生的放電脈沖的監(jiān)測，比較廉價的方式可以直接監(jiān)視和分析定子中性點的接地電流或者更完備的增加各相電流及轉(zhuǎn)子電流的波形監(jiān)測，可以定性的評估出絕緣老化的狀態(tài)，對于典型的放電能夠根據(jù)的繞組的電氣長度精確定位，昂貴的方案是采用電容式檢測法也能達到同樣效果，其分析技術要求較低。

(5) 其它系統(tǒng)傳輸?shù)拈_關量、模擬量等

5.3 其它在線監(jiān)測系統(tǒng)

包括主變在線監(jiān)測、避雷器在線監(jiān)測等，這些在線監(jiān)測系統(tǒng)相對而言分析診斷的自動化水平還不是很高，其測量結果的綜合應用也還不是很成熟，數(shù)據(jù)量也不大，所以可以使用機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)管理功能統(tǒng)一規(guī)劃，簡化其系統(tǒng)結構，降低成本。

它們和狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡的聯(lián)系均采用單向數(shù)據(jù)通訊，可以有效防止病毒及故障的相互影響，提高可靠性。

5.4 網(wǎng)絡部分

狀態(tài)數(shù)據(jù)服務器提供整個網(wǎng)絡訪問的數(shù)據(jù)源，即所有用戶均可以在網(wǎng)上實時查看狀態(tài)監(jiān)測的結果報告，專門的用戶還可以實時的分析和診斷當前的機組狀態(tài)，所以，此數(shù)據(jù)服務器為一全自動的冗余數(shù)據(jù)庫，并且具有完全的開放性和擴張能力。

WEB服務器提供整個網(wǎng)絡的訪問服務及防火墻，在用戶規(guī)模和用戶訪問量較小時也可省略（但性能降低了），主要是完成狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)和用戶局域網(wǎng)的物理連接，采用瀏覽服務和TCP-IP通道技術，阻止病毒和破壞性程序的迅速感染。

工程師工作站：作為整個網(wǎng)絡的維護、監(jiān)視和培訓設備，可以由專門的值守人員使用，實時的監(jiān)視和分析整個系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)交換站：完成其他擴展性在線監(jiān)測系統(tǒng)向狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡的開放性接入工作，并且完成計算機監(jiān)控系統(tǒng)中已測物理量在狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡中的共享使用，并通過單向獲取數(shù)據(jù)方式從根本上杜絕病毒的傳播，避免對監(jiān)控系統(tǒng)的影響。

綜上所述，在云峰的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施計劃中，還有許多的實際工作需要分批分期循序漸進的實施。由于機組穩(wěn)定性、機組效率、機組氣蝕及發(fā)電機運行狀態(tài)監(jiān)測等系統(tǒng)發(fā)展較早，可以較好的互相映證，達到倍增效應，所以先期完善這些系統(tǒng)其應用效果和經(jīng)濟效益更為明顯。其次，狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡在投資較少時可以先不考慮，但其構建將使一套監(jiān)測系統(tǒng)變?yōu)槎嗳硕嗟攸c同時進行不同工作的全新狀態(tài)監(jiān)測模式，充分發(fā)揮了投資的效益和狀態(tài)監(jiān)測的實用性，使整個的性能倍增且可以根據(jù)實際情況選擇與狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡同步發(fā)展與規(guī)劃，或者甚至優(yōu)先實施以保證實用效果的構建方式。