水电机组运行设备监测诊断技术及应用

《水电机组运行设备监测诊断技术及应用》由绪论、设备的性能及特点、状态参量的获取、状态信号分析、故障机理研究及故障类型、故障诊断及专家系统、项目监测与诊断、状态检修、监测诊断总体模式及应用以及附件组成。全面介绍了水电机组运行设备监测诊断技术原理、方法、实施技术与应用。该书是作者基于水电机组现场试验研究及靠前外设备监测诊断技术的发展和研究，与水电同行长达近25年的理论、应用研究和现场实施技术及经验为依据的成果总结，是一部具有指导性、科学性、优选性、实用性的专著。《水电机组运行设备监测诊断技术及应用》可供水电领域从事技术管理、科研试验、设计制造、安装检修、运行管理等方面工作的研究与工程技术人员使用，可作为全国高等院校机械、动力、水力发电、自动化控制、网络及计算机等专业教学参考书和科研辅助材料，也可作为全国各行各业从事设备监测诊断技术人员的重要参考资料。 

前言
0 绪论
0.1 水电机组运行设备状态监测与故障诊断的目的、意义
0.2 水电机组运行设备诊断技术范畴与实现方法
0.2.1 水电机组运行设备诊断技术范畴
0.2.2 水电机组运行设备监测诊断的实现方法
0.3 水电机组运行设备监测诊断的任务与效益
0.3.1 水电机组运行设备监测诊断的任务
0.3.2 实施设备监测诊断的效益
0.4 水电机组运行设备监测诊断技术发展概况
0.4.1 国外研究水平及发展状况
0.4.2 国内研究水平及发展状况

1 水电机组运行设备的性能及特点
1.1 水电机组运行性能的基本知识
1.1.1 水电机组运行设备类型及结构
1.1.2 水电机组运行特性参数
1.2 水电机组运行性能及特点
1.2.1 水电机组运行主要性能及特点
1.2.2 水电机组设备监测诊断技术应考虑的性能特点
1.3 影响水电机组运行性能的一般问题及分析
1.3.1 影响水电机组运行性能的基本原因
1.3.2 水轮机及过流部件水力稳定问题

2 水电机组运行设备状态参的获取
2.1 水电机组运行设备监测内容及基本参数
2.1.1 水电机组运行设备监测的主要内容
2.1.2 水电机组运行设备监测对象和项目
2.1.3 水电机组运行设备监测的基本参数
2.2 水电机组运行设备状态信号的获取
2.2.1 水电机组运行状态主要信号源、类型及特点
2.2.2 水电机组运行设备状态监测诊断测点选择与布置
2.2.3 一次传感元件的选择、配置及使用
2.2.4 水电机组运行状态信号的采集、处理与管理
2.3 水电机组运行设备信号特征及征兆
2.3.1 信号特征的提取
2.3.2 信号特征与征兆的关系
2.4 水电机组运行设备状态数据的管理
2.4.1 数据库的基本概念
2.4.2 数据仓库与数据挖掘技术
2.4.3 数据分类和不同存储方式
2.4.4 数据压缩
2.4.5 水电机组运行状态的自动报警

3 水电机组运行设备状态信号分析
3.1 水电机组运行状态信号分析的基本方法
3.1.1 概述
3.1.2 离散信号的幅域分析及其特征参量计算
3.1.3 离散信号的时域分析方法及其特征参量计算
3.1.4 离散信号的频域分析方法及其特征参量计算
3.2 水电机组运行设备状态信号分析的特殊方法
3.2.1 阶次比分析
3.2.2 波德图
3.2.3 极坐标图
3.2.4 三维谱阵图
3.2.5 轴心轨迹分析
3.2.6 水电机组轴系空间轴线图
3.2.7 发电机定子和转子气隙
3.2.8 启停机曲线及变负荷曲线
3.3 水电机组运行设备的状态分析
3.3.1 设备状态分析的先决条件
3.3.2 设备状态分析的主要环节
3.3.3 水电机组运行设备的状态分析模块

4 水电机组运行设备故障机理研究及故障类型
4.1 水电机组运行特性的理论分析
4.1.1 水电机组的自振特性
4.1.2 水电机组的动态特性
4.2 水电机组运行状态实时仿真的机理研究
4.2.1 实时仿真建模理论
4.2.2 水电机组运行系统分析及建模
4.2.3 数字实时仿真与仿真测试
4.3 水电机组运行状态现场试验的机理研究
4.3.1 水电机组现场试验特点及主要内容
4.3.2 水电机组故障原因现场试验分析及异常识别
4.4 水电机组运行设备故障类型和故障分类
4.4.1 水电机组轴系运行及故障分析
4.4.2 水电机组推力轴承运行及故障分析
4.4.3 发电机运行及故障分析
4.4.4 水轮机及过流部件运行及故障分析
4.4.5 调速系统运行及故障分析
4.4.6 主变压器运行及故障分析
4.5 水电机组运行设备的故障树与因果分析
4.5.1 水电机组运行设备的故障树
4.5.2 水电机组运行设备因果图和事件树及其分析
4.5.3 基于水电机组运行设备故障树模型的分析诊断

5 水电机组运行设备故障诊断及专家系统
5.1 故障诊断的基本方法
5.1.1 概述
5.1.2 经典的故障诊断方法
5.1.3 故障诊断的数学方法
5.2 故障诊断专家系统
5.2.1 故障诊断专家系统的发展
5.2.2 水电机组故障诊断专家系统的建设和基本原则
5.2.3 水电机组故障诊断专家系统的结构
5.2.4 故障诊断知识获取和表示
5.2.5 水电机组运行状态故障诊断过程及结果处理
5.3 水电机组运行设备远程诊断技术与实施模式
5.3.1 设备远程诊断实现的目的和要求
5.3.2 远程诊断的实现方式
5.3.3 基于状态监测集成化远程诊断系统及实施技术

6 水电机组运行设备项目监测与诊断
6.1 水电机组能量性能的监测诊断
6.1.1 水轮机流量监测
6.1.2 水轮机及水电机组效率的确定
6.1.3 能量系列曲线的分析与评估
6.2 水电机组稳定性监测诊断
6.2.1 影响水电机组稳定性的主要原因
6.2.2 常规水电机组稳定性状态监测诊断
6.2.3 抽水蓄能机组稳定性监测诊断
6.3 发电机运行状态监测诊断
6.3.1 发电机运行性能监测与分析
6.3.2 发电机运行故障监测诊断
6.4 推力轴承运行状态监测诊断
6.4.1 推力轴承运行故障基本原因
6.4.2 推力轴承参数选择及测点布置
6.4.3 推力轴承温度过程特性分析与处理
6.4.4 推力轴承运行故障诊断分析
6.4.5 推力轴承故障诊断模式
6.5 水电机组调速系统的监测诊断
6.5.1 水电机组调速系统监测诊断系统总体结构布置
6.5.2 调速系统监测诊断对象及主要参数
6.5.3 调速系统静态监测与静态指标分析
6.5.4 调速系统动态特性监测与动态指标分析
6.5.5 调速系统油压装置调整试验与监测
6.5.6 水电机组过渡过程状态监测与故障分析
6.6 水轮机及其过流部件空化空蚀监测与诊断
6.6.1 空化空蚀的类型及产生的原因
6.6.2 空化空蚀的监测
6.6.3 空化空蚀分析诊断
6.6.4 空化空蚀的评定

7 水电机组运行设备状态检修
7.1 概述
7.1.1 状态检修的意义和定义
7.1.2 国内外设备状态检修的状况
7.1.3 我国水电机组运行设备状态维修工作的状况
7.2 设备状态检修实施工作流程及工作重点
7.2.1 设备状态检修实施工作流程
7.2.2 设备状态检修工作重点及其部位
7.3 水电运行设备状态检修的实施步骤
7.3.1 设备状态检修的实施基础及基本原则
7.3.2 设备状态检修的实施方式
7.3.3 状态检修的实施环节和关键技术
7.4 水电企业状态检修的管理体制及实际运作
7.4.1 状态检修的组织机构
7.4.2 水电机组运行设备状态报告
……
8 水电机组运行设备检测诊断总体模式及应用
9 附录
参考文献 

    （2）发电机故障监测。发电机故障监测主要包括发电机电磁振动、发电机质量不平衡、发电机电磁不平衡、发电机定转子绝缘（局部放电）以及发电机的运行温度等子系统，其中发电机的电磁振动含有发电机转频振动和极频振动两个子项目；发电机电磁不平衡包括发电机定转子空气间隙、磁场强度、定子负序电压和零序电流等子项目。
    2.1.2.3.4推力轴承运行稳定性监测
    推力轴承运行稳定性监测内容有以下主要监测项目。
    （1）推力轴承润滑系统监测。考虑到推力轴承润滑系统监测内容可以本着少而精的优化原则，有些监测参数通过应用数值分析而获得，故推力轴承润滑系统监测项目设置了推力轴承油膜厚度和推力轴承温度（含轴承瓦温及油温）两个子系统。
    （2）推力轴承受力特性的监测。推力轴承受力特性的监测主要是对推力轴承负荷特性和轴承支承结构受力的监测。
    配合推力轴承运行稳定性监测除了本身的监测项目，还应考虑增加推力轴承监测辅助项目，即增加水电机组稳定性监测项目和水电机组相关监测参数（背景参数）。详细监测内容和参数可参见第6.4节。
    2.1.2.3.5 主变压器运行状态监测
    主变压器运行状态监测可以实施在线监测和离线监测，无论采取什么样的监测方法，其监测内容基本是一样的。因水电厂的实际情况有时大同小异，本书介绍的变压器监测技术是以在线监测的模式为主，其监测项目主要有主变压器油色谱、主变压器局部放电、主变压器高压套管、主变压器铁芯接地等，其中主变压器高压套管的监测有高压套管的介质损失（tand）和电容量两个子项目。通过监测主变压器高压套管的介质损失（tanS）和电容量，监测高压套管的绝缘性能。
    2.1.2.3.6调速器系统运行性能监测
    调速器系统运行性能监测除了水电机组在过渡过程状态监测外，主要是针对调速器在运行时的静、动态特性的性能监测，分析比较调速器系统的运行指标，了解和解决调速器系统运行时的稳定性、准确性和速动性问题，正确评价水轮机调速器系统的调节品质。因此，调速器系统运行性能监测主要有调速器系统静态特性、调速器系统动态特性、油压系统控制性能、液压油质等子系统。
    调速器系统动态特性监测系指调速器系统在不同运行工况运行时的运行特性及状态，特别是水电机组处在过渡过程运行，水电机组运行状态随着运行工况的改变，将引起多个运行参数（如电气、机械、水力、力以及调节参数等）随时间而变化，伴随调速器系统的动态特性的监测还涉及多种监测项目，来描述和表征水电机组运行设备在过渡过程工况下的动态特性变化和设备状态（详见第6.5节）。
    2.1.2.3.7励磁调压器系统运行状态监测
    励磁调压器系统运行状态监测主要是性能监测，其项目有励磁调压器参数监测子系统和灭磁回路参数监测子系统；另外，有励磁变压器绝缘监测和励磁转子温度监测等子系统。以此分析判断励磁调压系统的稳定性，动态特性、指标和调压参数的性能。……

    （2）发电机故障监测。发电机故障监测主要包括发电机电磁振动、发电机质量不平衡、发电机电磁不平衡、发电机定转子绝缘（局部放电）以及发电机的运行温度等子系统，其中发电机的电磁振动含有发电机转频振动和极频振动两个子项目；发电机电磁不平衡包括发电机定转子空气间隙、磁场强度、定子负序电压和零序电流等子项目。
    2.1.2.3.4推力轴承运行稳定性监测
    推力轴承运行稳定性监测内容有以下主要监测项目。
    （1）推力轴承润滑系统监测。考虑到推力轴承润滑系统监测内容可以本着少而精的优化原则，有些监测参数通过应用数值分析而获得，故推力轴承润滑系统监测项目设置了推力轴承油膜厚度和推力轴承温度（含轴承瓦温及油温）两个子系统。
    （2）推力轴承受力特性的监测。推力轴承受力特性的监测主要是对推力轴承负荷特性和轴承支承结构受力的监测。
    配合推力轴承运行稳定性监测除了本身的监测项目，还应考虑增加推力轴承监测辅助项目，即增加水电机组稳定性监测项目和水电机组相关监测参数（背景参数）。详细监测内容和参数可参见第6.4节。
    2.1.2.3.5 主变压器运行状态监测
    主变压器运行状态监测可以实施在线监测和离线监测，无论采取什么样的监测方法，其监测内容基本是一样的。因水电厂的实际情况有时大同小异，本书介绍的变压器监测技术是以在线监测的模式为主，其监测项目主要有主变压器油色谱、主变压器局部放电、主变压器高压套管、主变压器铁芯接地等，其中主变压器高压套管的监测有高压套管的介质损失（tand）和电容量两个子项目。通过监测主变压器高压套管的介质损失（tanS）和电容量，监测高压套管的绝缘性能。
    2.1.2.3.6调速器系统运行性能监测
    调速器系统运行性能监测除了水电机组在过渡过程状态监测外，主要是针对调速器在运行时的静、动态特性的性能监测，分析比较调速器系统的运行指标，了解和解决调速器系统运行时的稳定性、准确性和速动性问题，正确评价水轮机调速器系统的调节品质。因此，调速器系统运行性能监测主要有调速器系统静态特性、调速器系统动态特性、油压系统控制性能、液压油质等子系统。
    调速器系统动态特性监测系指调速器系统在不同运行工况运行时的运行特性及状态，特别是水电机组处在过渡过程运行，水电机组运行状态随着运行工况的改变，将引起多个运行参数（如电气、机械、水力、力以及调节参数等）随时间而变化，伴随调速器系统的动态特性的监测还涉及多种监测项目，来描述和表征水电机组运行设备在过渡过程工况下的动态特性变化和设备状态（详见第6.5节）。
    2.1.2.3.7励磁调压器系统运行状态监测
    励磁调压器系统运行状态监测主要是性能监测，其项目有励磁调压器参数监测子系统和灭磁回路参数监测子系统；另外，有励磁变压器绝缘监测和励磁转子温度监测等子系统。以此分析判断励磁调压系统的稳定性，动态特性、指标和调压参数的性能。……