水利水务设备振动状态在线监测与故障诊断系统

一、系统概述

水利水务设备振动状态在线监测与故障诊断系统，是面向水力发电、防洪排涝、水资源调度、城乡供水等关键领域，为保障大型、核心、地理位置分散的机电设备安全稳定运行而构建的“数字化哨兵”和“远程健康诊断中心”。

该系统通过在水轮发电机组、大型泵组、闸门启闭机等关键设备上部署高精度传感器，结合无线通信和云平台技术，实现对偏远、无人值守站点的远程集中监控。其核心目标是：

（1）保障公共安全：杜绝因设备故障（如泵站停机、闸门失灵）引发的城市内涝、大坝险情等灾难性事件。

（2）确保民生服务：保证供水、发电、灌溉等服务的连续性和可靠性，维护社会稳定。

（3）延长资产寿命：对投资巨大、设计寿命长达数十年的水工设备进行精细化管理，最大化其服役年限和价值。

（4）赋能智慧水务：推动传统水务向无人化、自动化、智能化的“智慧水务”转型，实现降本增效。

二、系统组成

针对水利水务行业的特点，系统架构在技术选型上尤为侧重低功耗、无线传输和低频分析。

（1）现场传感层：传感器

特点：强调低频特性、防水防潮、高可靠性。

传感器选型：

       • 高精度低频传感器：专用于监测转速较低（几十至几百转/分钟）的水轮发电机组，能有效捕捉其低频振动特征。

       • IP68防护等级传感器：适用于潜水泵、水下设备或潮湿环境。

       • 压力脉动传感器：与振动传感器配合，用于诊断水泵和水轮机的“汽蚀”现象。

       • 位移/应变传感器：用于监测闸门等大型结构件的微小变形和应力。

（2）数据采集与传输层：数据采集仪

特点：无线通信是核心，支持多种传输方式。

组成：

       • 低功耗智能网关支持4G/5G、LoRa、NB-IoT等无线通信协议，可将偏远站点的数据直接上传至云平台，部分网关可由太阳能供电。

       • 事件触发式采集：对于闸门等非连续运行设备，系统可设置为在设备启动时自动触发采集，完整记录整个工作周期的数据，平时处于休眠状态以节省能源。

（3）应用服务与决策支持层：监测软件平台

特点：与水务调度、防汛指挥等业务系统深度融合。

可视化平台：

       • GIS地图集成：在电子地图上标注所有站点的位置和健康状态，实现宏观态势感知。

       • 流域/管网仿真：与水力模型结合，当预测到设备故障时，可仿真其对整个流域或城市管网造成的影响。

       • 联动报警：报警信息可直接推送至防汛指挥中心、水务调度中心以及一线维护人员的手机APP，形成快速响应闭环。

（4）数据处理与智能分析层:故障诊断系统

特点：诊断模型聚焦于水力机械的特有故障。

分析引擎：

       • 水力不平衡诊断：分析由流道堵塞、叶片损坏等引起的水力不平衡振动。

       • 汽蚀诊断模型：结合振动高频“白噪声”特征和压力脉动信号，精准诊断汽蚀的发生与严重程度。

       • 水轮机组“三摆”分析：专门分析水轮机顶盖、机架和底环的联合振动，评估机组的整体稳定性。

       • 水务行业专家知识库：内置针对水泵轴承磨损、密封失效、叶轮不平衡、电机电气故障、闸门启闭机齿轮断齿、轨道不平等典型故障的诊断规则。

三、典型应用对象

水利水务行业的关键设备，如：

       • 水力发电：各类水轮发电机组（混流式、轴流式、冲击式）的水导轴承、推力轴承、发电机轴承、顶盖、座环等关键部位。

       • 防洪排涝：城市/沿江排涝泵站的大型立式/卧式轴流泵、混流泵及其电机。

       • 城乡供水/污水处理：自来水厂的取水泵、送水泵；污水处理厂的提升泵、曝气风机、污泥回流泵。

       • 水资源调度与灌溉：水库、节制闸、船闸的闸门启闭机（电机、减速箱、卷筒轴承）；农田灌溉泵站的泵组。