基于径向基函数神经网络的隔河岩水电厂水轮发电机故障诊断.doc

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1、基于径向基函数神经网络的隔河岩水电厂水轮发电机故障诊断王传忠李志海（湖北清江水电开发有限责任公司）1隔河岩水电厂发电机状态监测与故障诊断系统概况隔河岩水电厂是清江梯级开发的启动工程，位于清江下游长阳土家族自治县境内。枢纽工程由大坝、发电厂房和升船机三大建筑物组成。大坝为混凝土重力拱坝，最大坝高151m，坝顶长653.5m，坝顶高程206m，正常蓄水位为200m，总库容34亿m3。电厂为引水式发电厂房，安装4台30万kW水轮发电机组，年发电30.4亿kW·h，隔河岩水电厂1#水轮发电机定子绕组形式为双层叠绕组，4支路并联，线棒采用56股双玻璃丝包还

2、氧粉云母F级绝缘的条式线棒，360度全换位编织。长期以来，我国电力系统的发供电设备均采用定期预防性试验和定期计划检修。现阶段隔河岩水电厂仍采用定期预防性试验和定期计划检修方式。近年来，随着市场经济的发展，并借鉴电力发达国家诊断性检修的经验，推进发电设备检修体制的改革，提高全国发电设备科学管理水平和整体经济效益，我国开始提出并试行状态检修的设想。发电设备实施状态检修是一项复杂的系统工程，它不仅涉及到电力设备各专业、多学科的技术问题，而且还涉及到一系列的管理科学上的问题。而其主要目的是围绕降低设备维护成本，提高设备利用率和检修的预见性、预控性，使用先

3、进的科学技术手段，从方方面面去做好设备管理工作。因此对发电设备实施状态检修是我们今后的发展方向。能否对发电设备实施状态检修的基础是发电设备状态监测及故障分析，是实现以先进的预知性维护取代以时间为基础的预防性维护。为此，在隔河岩电厂1#机安装了CANADAVibrosystm的Z00M系统，对隔河岩电厂1#发电机进行了气隙和定子线棒振动的在线监测。并通过计算机监控系统对发电机局部放电和发电机摆度进行在线监测，建立了基于径向基函数神经网络和混合专家系统的水轮发电机的故障诊断系统。根据隔河岩电厂1#发电机气隙和定子线棒振动在线监测的结果进行分析表明：从

4、隔河岩电厂定子线棒振动的趋势曲线看出定子线棒振动很小，数值在3mm-8mm之间，这样的振动幅值表明线棒是安全的（从振动方面来说）。从磁通的时域曲线（Sampling曲线）看出其磁通变化量很小，基本稳定在1.22T。从磁通的pole曲线看出：磁通的变化曲线有小幅波动，磁通变化范围为1.205-1.225T总的变化为0.02T，其变化周期大约为2转。从磁通的FFT图，其变化较大的频率为2.27Hz，与转频相同。从气隙的极座标图可以看出，转子的圆度为0.69mm。定子偏心为0.79mm，在211°，转子的偏心为0.22m，在229°，最大的气隙值为18

5、.55mm，（在14号磁极298°）最小的气隙为13.14mm，（在28号磁极14°），平均气隙为16.49mm。从气隙与磁通的关系看出气隙增大磁通变小，气隙变小，磁通变大。从气隙的频谱曲线可看出100Hz及转频成份较大。2大型水轮发电机常见故障及其特征2．1定子异常产生的电磁振动发电机运行时，转子在定子内腔旋转，由于定、转子磁场的相互作用，定子机座将受到一个旋转力波的作用，而发生周期性的变形并产生振动。由于定子三相绕组产生的是一个旋转磁场，它在定、转子气隙中以同步速度n0旋转。若电网频率为f，则同步速度n0=60f/p。因此，作用在机座上的磁拉

6、力不是静止的，而是一个旋转力，随转子旋转而转动，机座上受力部位是随磁场的旋转而在不断改变位置。当旋转磁场回转一周，磁拉力和电磁振动却变化两次。发电机磁场是以同步速度n0在旋转，则其磁场交变频率与电网频率相同，为f。而其电磁力的频率和机座振动频率由于旋转磁场的磁极产生的电磁拉力是每转动一圈，电磁力交变p次。因电磁振动在空间位置上和旋转磁场是同步的，定子电磁振动频率应为旋转磁场频率(f/p)和电动力极数(2p)之乘积2f，也就是2倍的电源频率。由此可见，发电机在正常工作时，机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小则和

7、旋转力波大小和机座刚度直接有关。定子电磁振动异常主要原因有：（1）定子三相磁场不对称。如定子绕组三相不对称等原因，会导致定子磁场的不对称，而产生异常振动。（2）定子铁心和定子线圈松动，将使定子电磁振动和电磁噪声加大，在这种情况下，振动频谱图中，电磁振动除了2f的基本成份之外，还可以出现4f、6f、8f的谐波成分。（3）机座刚度降低，使电动机在接近2f的频率的范围发生共振，因而使定子振动增大，结果产生异常振动。定子电磁振动的特征：1）振动频率为电源频率的2倍；2）切断电源，电磁振动立即消失；3）振动可以在定子机座和轴承上测得；4）振动与机座刚度和发

8、电机的负载有关。2．2气隙不均匀引起的电磁振动气隙不均匀（或称气隙偏心）有两种情况，一种静态不均匀；另一种是动态的不均匀。它们都会引起电