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摘要：水轮发电机组运行状态的好坏，直接影响到水电厂的正常运行。作为水电厂最重要的能量转换装置，对水轮发电机组运行状态监测技术的现状进行分析探究，对水电厂的高效运行和降低消耗具有十分重要的意义。本文从监测内容、技术和结构几个方面，对水轮发电机组的产品开发和应用现状进行仔细分析，并就其中出现的问题，提出了可能改进的方法和策略。
关键词：水轮发电机组；状态监测；技术；现状；检测
随着我国电力事业的发展，我国电力企业也进行了深入的改革，公开提出“竞价上网、厂网分开”的口号，并以缩减修理成本和提高设备的实用性，作为衡量企业经济效益的新指标。并且，现在水电厂的监测技术和管理模式都有了不同程度地提高，他们把注意力更多放在设备故障的监测上，而不是原来针对故障进行的维修上。对于水轮发电机组的状态监测，主要是通过对表征机组运行状态的参量进行监测，这样可以及时发现事故的隐患，根据具体的情况采取相应的补救措施，在减少事故发生的同时也降低了水电厂的损失。影响水电机组正常运行的原因是多样的，其中包括机械、电气、石油和水等因素。随着技术的发展，对水电机组的状态监测可以分为在线和离线两种监测手段，本文主要针对在线监测手段进行分析。
一、状态检测技术的使用现状
随着计算机技术、电子技术和现代测试技术的快速发展，各国逐渐研制出了一套成熟、准确的状态监测系统，并且这些系统已经在石油、化工、交通、电力、航空等领域广泛使用。就我国而言，現在比较成熟稳定的水电机组状态检测技术包括：机组振动稳定性在线监测技术，水轮机效率在线监测技术，绝缘局放检测技术等，此外水电机组转子温度的检测技术也被广泛的使用。
（一）机组振动稳定性检测技术的使用现状
据材料显示，由于转动部分质量不平衡、轴线不对中和发电机气隙不均匀等原因，经常引起机械振动，而因机械振动引起机组故障的概率为50%。这些异常地振动将直接影响到机组运行的稳定性，严重时还可能造成严重的事故。我们国家无论是大的水电站还是小的水电站，都有过不同程度的异常振动，如葛洲坝水电站、刘家峡水电站和富春江水电站等，所以从上世纪50年代年就开始研究机组的振动问题，。
水电机组振动的稳定性监督，通常包括机组的结构振动、主轴摆动和水压脉动等参数，就目前而言是最成熟实用的在线监测技术。其中低频振动传感器一般用于机组结构监测；而电涡流位移传感器或电容式非接触位移传感器，一般用于主轴摆动监测；压力传感器则用于水压脉动监测。在机组振动稳定性监测方面，应该根据机组运行的实际情况，选择最为关注的状态进行检测，并根据结果进行仔细分析。
（二）水轮机效率检测技术的使用现状
水轮机运行的两个基本指标分别是可靠性和经济性。国内外以水轮机效率为核心，进行了水电机组的效率监测，并从机组运行的经济角度和提高电站自动化水平的角度，做了较多尝试和研究。要进行水轮机效率检测，需要对水轮机的流量、工作水头、接力器形成等参数进行专业的搜集。出流量暂时没能实现自动采集外，其他的参数已经实现了这一功能。对水轮机流量的监测方法有很多，但是一般只用超声波和蜗壳差压法。蜗壳差压法先后采用差压变送器测量蜗壳差压值，和利用流量关系式来完成流量监测。而另一种比较成熟的监测方法是超声波时差测量法，在我国运用的较多，但其精准性和稳定性还有待进一步地提高。
（三）绝缘局放监测技术的使用现状
目前一般认为绝缘不良是导致电机事故最主要的原因。局部放电是水轮发电机定子绕组绝缘层的内部发生的非贯穿性放电的现象。在高压绝缘系统中由于定子绕组长期受到高温、高电压、振动等原因导致绕组绝缘恶化，最终使发电机出现绝缘故障。而通过监测发电机定子绕组局部放电的情况，就能及时评估发电机定子绕组的绝缘状态，减少事故的发生几率。
提取故障信号是水轮发电机局部放电监测的关键，具体可以采用以下两种方法：中性点耦合监测法，高压出线端电容耦合监测法。其中中性点耦合监测法的工作原理是，当发电机内产生局部放电时会产生电磁波，并且发电机内任何地方产生的射频都会经过中性点接地线，所以把局部放电传感器放在中性点接地线上。发电机的主绝缘上的局部放电作为一个信号源，在局部放电引起的电磁扰动，在空间内产生电磁波，因为发电机不同槽之间的电磁耦合相对较弱，所以绕组中的放电脉冲会以一定的速度传播。所以在发电机中性点安装宽频电流互感器，就能监测发电机内部的放电量和相应的变化。但在实际的工作过程中需要有专业的人来操作，所以推广起来较难。而高压出线端电容量耦合监测法，相对于中性点耦合监测法而言，适用的范围要广很多。一般监测局部放电信号的电容传感器容量会在375-1000pF的范围之内，并且传感器的等效电路下限频率会在40MHz左右，与此同时干扰信号分量又要小于这个频率，所以使用80pF的电容传感器，信号的信噪高不会出现误警的情况。由于电容容量小，传感器的体积也不大，使用寿命长，所以能够保证被测系统的安全性。
二、对水电机组状态监测技术的展望
现在我国的水轮发电机组状态的检测技术已经取得了较大的进展，尤其是对机组状态的预测以及设备故障的判断两个方面，为我国水力发电事业做出了重大的贡献。然而，我国在水电机组状态检测方面起步比较晚，并且由于水电设备结构的复杂性，状态监测行业内部产品的不同，要想整体赶上国外发达水平还有一定的难度。要真正的在水轮发电机组的状态监测方面有所突破，与世界高水平接轨，就要进行相关技术的理解和创新，把这种技术从理论方面具体运用到实践中，从实践中获取新的知识再来丰富理论，这样才能体状态监测方面有新的收获。
在未来的水轮发电机组的状态监测方面，必须制定统一的规范和标准，避免产品功能少、质量差等问题的出现；保证相关行业的正常有序发展，减少恶性竞争的出现；在日常的教育实践中，引导学生掌握状态监测的判别技术和问题的解决方法，为我国水电事业培养粗更多优秀的人才。
结束语
虽然我国在水轮发电机的状态监测方面，还存在很多的不足，业发达国家还存在一定的差距，但是随着我国经济的发展和科技的进步，我们在水轮发电机组状态监测方面的经验会越来越丰富，技术会得到进一步提高，最终朝着实用化、专业化、智能化的方向发展。真正实现对水电设备的运行情况了如指掌，能在第一时间发现设备的故障，并提出有针对性的解决办法，并将这些技术普及起来，使我国水电事业高效、环保、节能和安全发展。
参考文献：
[1]潘罗平，周叶.水轮发电机组状态监测技术的现状及展望[A].第二届水力发电技术国际会议论文集[C].2009.
[2]于建伟.水轮发电机组状态监测技术的现状及展望[J].城市建设理论研究（电子版），2012（30）.
[3]唐德军.水轮发电机组状态监测与故障诊断方法探讨[J].科技与企业，2013（12）.
[4]江学文，刘海燕，王兴芳.水轮发电机组状态监测技术应用研究[J].水电与新能源，2013（2）.
关键词：水轮发电机组；状态监测；技术；现状；检测
随着我国电力事业的发展，我国电力企业也进行了深入的改革，公开提出“竞价上网、厂网分开”的口号，并以缩减修理成本和提高设备的实用性，作为衡量企业经济效益的新指标。并且，现在水电厂的监测技术和管理模式都有了不同程度地提高，他们把注意力更多放在设备故障的监测上，而不是原来针对故障进行的维修上。对于水轮发电机组的状态监测，主要是通过对表征机组运行状态的参量进行监测，这样可以及时发现事故的隐患，根据具体的情况采取相应的补救措施，在减少事故发生的同时也降低了水电厂的损失。影响水电机组正常运行的原因是多样的，其中包括机械、电气、石油和水等因素。随着技术的发展，对水电机组的状态监测可以分为在线和离线两种监测手段，本文主要针对在线监测手段进行分析。
一、状态检测技术的使用现状
随着计算机技术、电子技术和现代测试技术的快速发展，各国逐渐研制出了一套成熟、准确的状态监测系统，并且这些系统已经在石油、化工、交通、电力、航空等领域广泛使用。就我国而言，現在比较成熟稳定的水电机组状态检测技术包括：机组振动稳定性在线监测技术，水轮机效率在线监测技术，绝缘局放检测技术等，此外水电机组转子温度的检测技术也被广泛的使用。
（一）机组振动稳定性检测技术的使用现状
据材料显示，由于转动部分质量不平衡、轴线不对中和发电机气隙不均匀等原因，经常引起机械振动，而因机械振动引起机组故障的概率为50%。这些异常地振动将直接影响到机组运行的稳定性，严重时还可能造成严重的事故。我们国家无论是大的水电站还是小的水电站，都有过不同程度的异常振动，如葛洲坝水电站、刘家峡水电站和富春江水电站等，所以从上世纪50年代年就开始研究机组的振动问题，。
水电机组振动的稳定性监督，通常包括机组的结构振动、主轴摆动和水压脉动等参数，就目前而言是最成熟实用的在线监测技术。其中低频振动传感器一般用于机组结构监测；而电涡流位移传感器或电容式非接触位移传感器，一般用于主轴摆动监测；压力传感器则用于水压脉动监测。在机组振动稳定性监测方面，应该根据机组运行的实际情况，选择最为关注的状态进行检测，并根据结果进行仔细分析。
（二）水轮机效率检测技术的使用现状
水轮机运行的两个基本指标分别是可靠性和经济性。国内外以水轮机效率为核心，进行了水电机组的效率监测，并从机组运行的经济角度和提高电站自动化水平的角度，做了较多尝试和研究。要进行水轮机效率检测，需要对水轮机的流量、工作水头、接力器形成等参数进行专业的搜集。出流量暂时没能实现自动采集外，其他的参数已经实现了这一功能。对水轮机流量的监测方法有很多，但是一般只用超声波和蜗壳差压法。蜗壳差压法先后采用差压变送器测量蜗壳差压值，和利用流量关系式来完成流量监测。而另一种比较成熟的监测方法是超声波时差测量法，在我国运用的较多，但其精准性和稳定性还有待进一步地提高。
（三）绝缘局放监测技术的使用现状
目前一般认为绝缘不良是导致电机事故最主要的原因。局部放电是水轮发电机定子绕组绝缘层的内部发生的非贯穿性放电的现象。在高压绝缘系统中由于定子绕组长期受到高温、高电压、振动等原因导致绕组绝缘恶化，最终使发电机出现绝缘故障。而通过监测发电机定子绕组局部放电的情况，就能及时评估发电机定子绕组的绝缘状态，减少事故的发生几率。
提取故障信号是水轮发电机局部放电监测的关键，具体可以采用以下两种方法：中性点耦合监测法，高压出线端电容耦合监测法。其中中性点耦合监测法的工作原理是，当发电机内产生局部放电时会产生电磁波，并且发电机内任何地方产生的射频都会经过中性点接地线，所以把局部放电传感器放在中性点接地线上。发电机的主绝缘上的局部放电作为一个信号源，在局部放电引起的电磁扰动，在空间内产生电磁波，因为发电机不同槽之间的电磁耦合相对较弱，所以绕组中的放电脉冲会以一定的速度传播。所以在发电机中性点安装宽频电流互感器，就能监测发电机内部的放电量和相应的变化。但在实际的工作过程中需要有专业的人来操作，所以推广起来较难。而高压出线端电容量耦合监测法，相对于中性点耦合监测法而言，适用的范围要广很多。一般监测局部放电信号的电容传感器容量会在375-1000pF的范围之内，并且传感器的等效电路下限频率会在40MHz左右，与此同时干扰信号分量又要小于这个频率，所以使用80pF的电容传感器，信号的信噪高不会出现误警的情况。由于电容容量小，传感器的体积也不大，使用寿命长，所以能够保证被测系统的安全性。
二、对水电机组状态监测技术的展望
现在我国的水轮发电机组状态的检测技术已经取得了较大的进展，尤其是对机组状态的预测以及设备故障的判断两个方面，为我国水力发电事业做出了重大的贡献。然而，我国在水电机组状态检测方面起步比较晚，并且由于水电设备结构的复杂性，状态监测行业内部产品的不同，要想整体赶上国外发达水平还有一定的难度。要真正的在水轮发电机组的状态监测方面有所突破，与世界高水平接轨，就要进行相关技术的理解和创新，把这种技术从理论方面具体运用到实践中，从实践中获取新的知识再来丰富理论，这样才能体状态监测方面有新的收获。
在未来的水轮发电机组的状态监测方面，必须制定统一的规范和标准，避免产品功能少、质量差等问题的出现；保证相关行业的正常有序发展，减少恶性竞争的出现；在日常的教育实践中，引导学生掌握状态监测的判别技术和问题的解决方法，为我国水电事业培养粗更多优秀的人才。
结束语
虽然我国在水轮发电机的状态监测方面，还存在很多的不足，业发达国家还存在一定的差距，但是随着我国经济的发展和科技的进步，我们在水轮发电机组状态监测方面的经验会越来越丰富，技术会得到进一步提高，最终朝着实用化、专业化、智能化的方向发展。真正实现对水电设备的运行情况了如指掌，能在第一时间发现设备的故障，并提出有针对性的解决办法，并将这些技术普及起来，使我国水电事业高效、环保、节能和安全发展。
参考文献：
[1]潘罗平，周叶.水轮发电机组状态监测技术的现状及展望[A].第二届水力发电技术国际会议论文集[C].2009.
[2]于建伟.水轮发电机组状态监测技术的现状及展望[J].城市建设理论研究（电子版），2012（30）.
[3]唐德军.水轮发电机组状态监测与故障诊断方法探讨[J].科技与企业，2013（12）.
[4]江学文，刘海燕，王兴芳.水轮发电机组状态监测技术应用研究[J].水电与新能源，2013（2）.