一种水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法与流程

1.本发明涉及一种水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法，尤其是一种基于采集的水轮发电机振动波形、温度数据进行故障自动分析监测的方法，属于水轮发电机运行状态监测技术领域。

背景技术：

2.导叶是水轮发电机组导水机构中最重要的铸锻件之一，它是用来调节和控制进入水轮机转轮水流量的部件，因此导叶也是控制机组稳定运行的最基本部件，导叶开口不均将给机组运行带来巨大的隐患，导叶开口不均严重时将导致机组瓦温迅速增加，引起事故停机，甚至会导致水轮发电机组的设备严重损坏。但是导叶出口不均在未造成严重影响时，运行人员日常关注度都较低，而且因导叶所处位置的特殊性，机组运行或正常停机时运行人员巡检无法对其进行检查，一般只有检修才有机会对导叶检查。
3.目前水轮机导叶开口不均故障没有直接的监测手段，均是通过人为分析或是借助计算机进行大数据分析。目前公开的专利申请cn11150289a《一种针对水轮机活动导叶开口不匀的故障预警方法与流程》是通过智能算法模块提取振动设备特征值进行故障预警；公布号cn111692035b《导叶开度不均与检测方法与流程》专利申请也是通过智能算法模块提升振动设备特征值进行故障预警；公开的两项专利申请均没有正确地分析水轮机导叶开口不均故障的本质问题，二是计算机ai自主学习是普遍采用的一种方法，但是基于黑匣子的ai自主学习计算多用于通用型大数据运算，在水电领域设备运行数据具有更强的专业性和机理性，在数据处理过程中更多时候需要赋予人的思维和专业知识。由于自身各自专业领域的鸿沟，ai算法设计者往往缺乏实际设备运行维护经验，致使基于ai的常规计算水电设备特征值与实际不符合，最终导致ai人工智能无法在水电设备状态检修普遍推广使用。

技术实现要素：

4.为了实时在线监测水轮机活动导叶开口不均故障，在故障初期，就能及时发现故障并发出报警信号，避免故障的进一步扩大造成机组事故，本发明旨在创造一种基于机组实时采集机组运行数据进行实时导叶开口不均故障监测的系统和方法，通过水轮机导叶开口不均产生的设备关联现象，总结提出一种基于计算机进行实时计算分析是否存在导叶开口不均故障分析方法。
5.本发明通过下列技术方案实现：一种水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法，包括下列步骤：
6.(1)根据在线监测系统实时获取的+x、+y方向的顶盖水平振动幅值，实时计算顶盖水平振动监测量z，计算公式如下：
[0007][0008]
其中x表示+x方向的顶盖水平振动幅值，y表示+y方向的顶盖水平振动幅值，z表示顶盖水平振动监测量，即两个方向振动的合成量；
[0009]
(2)根据在线监测系统实时获取的+x方向的顶盖水平振动波形，采用fft(快速傅里叶变换)实时计算+x方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：
[0010]
x(k)＝fft[x{n}]|n[0011]
其中x(k)表示+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，x{n}表示采集的+x方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；
[0012]
(3)根据在线监测系统实时获取的+y方向的顶盖水平振动波形，采用fft(快速傅里叶变换)实时计算+y方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：
[0013]
y(k)＝fft[y{n}]|n[0014]
其中y(k)表示+y方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，y{n}表示采集的+y方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；
[0015]
(4)根据步骤(2)和步骤(3)计算的+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值和+y方向顶盖水平振导叶数量k倍频振动分量值，实时计算顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量z(k)，计算公式如下：
[0016][0017]
其中x(k)表示+x方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，y(k)表示+y方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，z(k)表示顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量，即两个方向振动的合成量；
[0018]
(5)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值，实时计算瓦温最大值，计算公式如下：
[0019]
tmax＝max{t1,t2,t3,...tn}
[0020]
其中tmax表示n块水导瓦温的最大值，t1～tn表示各水导瓦温度；
[0021]
(6)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值，实时计算瓦温最小值，计算公式如下：
[0022]
tmin＝min{t1,t2,t3,...tn}
[0023]
其中tmin表示n块水导瓦温的最小值，t1～tn表示各水导瓦温度；
[0024]
(7)根据步骤(5)和步骤(6)计算的水导瓦温最大值和最小值，实时计算水导瓦温极差t，计算公式如下：
[0025]
t＝tmax-tmin
[0026]
其中t表示水导瓦温极差，tmax表示n块水导瓦温的最大值，tmin表示n块水导瓦温的最小值；
[0027]
(8)根据步骤(2)计算的顶盖水平振动监测量z、步骤(4)计算的顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量z(k)、步骤(7)计算的水导瓦温极差t，结合行业标准规范要求，进行如下判断：
[0028]
①
顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量z(k)》顶盖水平振动监测量z
×
50％；
[0029]
②
顶盖水平振动监测量z大于定值a，其中a表示立式水轮发电机组正常运行时顶盖水平振动允许值，参考gb_t15468《水轮机基本技术条件》；
[0030]
③
水导瓦温极差t大于定值c，其中c表示立式水轮发电机组正常运行时水导瓦温偏差允许值，参考《华能水电精品机组标准》轴瓦温差要求；
[0031]
(9)在机组正常运行情况下，实时判断步骤(8)三个条件，当同时满足时，输出故障告警信号；
[0032]
(10)收到故障告警信号，及时停机开展检查，并制定检修处理措施。
[0033]
所述在线监测系统为现有水电厂计算机监控系统和机组状态监测系统；在线监测系统为现有技术，能实时获取+x、+y方向的顶盖水平振动幅值，+x、+y方向的顶盖水平振动波形、n块水导瓦温度测值等。
[0034]
本发明具有下列优点和效果：
[0035]
水轮机导叶开口不均故障目前尚没有可靠的监测装置或分析方法，本发明提供了一种准确水轮机导叶开口不均故障实时检测系统和方法，在导叶开口不均故障初期时，就能及时准确发现异常情况，及时制定检修处理措施，对水轮机的监测具有重要意义，在行业具有很好的推广价值。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0037]
图1为本发明的导叶开口不均故障分析方法的示意流程图；
[0038]
图2为实施例1的+x方向顶盖水平振动波形序列点值绘制的波形图；
[0039]
图3为实施例1的+y方向顶盖水平振动波形序列点值绘制的波形图。
具体实施方式
[0040]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1，对本发明实施例进一步详细说明。
[0041]
实施例1
[0042]
通过对某水电厂1号机组导叶开口不均故障自动判断进一步详细说明，过程如下：
[0043]
在线监测系统为现有水电厂计算机监控系统和机组状态监测系统；在线监测系统为现有技术，能实时获取+x、+y方向的顶盖水平振动幅值，+x、+y方向的顶盖水平振动波形、n块水导瓦温度测值等。
[0044]
(1)根据在线监测系统实时获取的+x、+y方向的顶盖水平振动幅值，实时计算顶盖水平振动监测量z，某一时刻的机组稳定运行时+x方向的顶盖水平振动幅值为98、+y方向的顶盖水平振动幅值105，计算公式如下：
[0045][0046]
其中某一时刻的机组稳定运行时x表示+x方向的顶盖水平振动幅值，y表示+y方向的顶盖水平振动幅值，z表示顶盖水平振动监测量，即两个方向振动的合成量；
[0047]
(2)根据在线监测系统实时获取的+x方向的顶盖水平振动波形，采用fft(快速傅里叶变换)实时计算+x方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：
[0048]
x(k)＝fft[x{n}]|n[0049]
其中x(k)表示+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，x{n}表示采集的+x方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；
[0050]
系统所获得的同一时刻的连续采集+x方向顶盖水平振动波形8个周期数据，每个
周期数据点为256个，+x方向顶盖水平振动波形序列点值绘制的波形如图2，
[0051]
1号机组活动导叶数量为24块，采用fft快速傅里叶变换计算+x方向顶盖水平振动导叶数量24倍频振动分量值为：
[0052]
x(24)＝fft[x{n}]|
2048
＝78um
[0053]
(3)根据在线监测系统实时获取的+y方向的顶盖水平振动波形，采用fft(快速傅里叶变换)实时计算+y方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：
[0054]
y(k)＝fft[y{n}]|n[0055]
其中y(k)表示+y方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，y{n}表示采集的+y方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；
[0056]
系统所获得的同一时刻的连续采集+y方向顶盖水平振动波形8个周期数据，每个周期数据点为256个，+y方向顶盖水平振动波形序列点值绘制的波形如图3：
[0057]
1号机组活动导叶数量为24块，采用fft快速傅里叶变换计算+x方向顶盖水平振动导叶数量24倍频振动分量值为：
[0058]
y(24)＝fft[y{n}]|
2048
＝84
[0059]
(4)根据步骤(2)和步骤(3)计算的+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值和+y方向顶盖水平振导叶数量k倍频振动分量值，实时计算顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量z(k)，计算公式如下：
[0060][0061]
其中x(k)表示+x方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，y(k)表示+y方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，z(k)表示顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量，即两个方向振动的合成量；
[0062]
(5)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值：
[0063]
编号1234567温度39.240.842.544.245.046.748.4编号891011121314温度50.348.546.645.244.342.440.7
[0064]
实时计算瓦温最大值，计算公式如下：
[0065]
tmax＝max{t1,t2,t3,...tn}＝50.3℃
[0066]
其中tmax表示n块水导瓦温的最大值，t1～tn表示各水导瓦温度；
[0067]
(6)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值：
[0068]
编号1234567温度39.240.842.544.245.046.748.4编号891011121314温度50.348.546.645.244.342.440.7
[0069]
实时计算瓦温最小值，计算公式如下：
[0070]
tmin＝min{t1,t2,t3,...tn}＝39.2℃
[0071]
其中tmin表示n块水导瓦温的最小值，t1～tn表示各水导瓦温度；
[0072]
(7)根据步骤(5)和步骤(6)计算的水导瓦温最大值和最小值：实时计算水导瓦温极差t，计算公式如下：
[0073]
t＝tmax-tmin＝50.3-39.2＝11.1℃
[0074]
其中t表示水导瓦温极差，tmax表示n块水导瓦温的最大值，tmin表示n块水导瓦温的最小值；
[0075]
(8)根据步骤(2)计算的顶盖水平振动监测量z、步骤(4)计算的顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量z(k)、步骤(7)计算的水导瓦温极差t，结合行业标准规范要求，进行如下判断：
[0076]
①
顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量z(k)》顶盖水平振动监测量z
×
50％；即81》101.5
×
50％＝50.5
[0077]
②
顶盖水平振动监测量z大于定值a；101.5》70；其中a表示立式水轮发电机组正常运行时顶盖水平振动允许值，参考gb_t15468《水轮机基本技术条件》转速100转/分钟机组允许值为70um；
[0078]
③
水导瓦温极差t大于定值c；11.1》8；其中c表示立式水轮发电机组正常运行时水导瓦温偏差允许值，参考《华能水电精品机组标准》轴瓦温差要求合格为8℃；
[0079]
(9)在机组正常运行情况下，实时判断步骤(8)三个条件，当同时满足时，输出故障告警信号；
[0080]
(10)收到故障告警信号，及时停机开展检查，并制定检修处理措施。
[0081]
根据本实施例对某电厂1号机组水轮机开口不均故障自动监测和报警，及时发现了导叶存在的缺陷，提前根据机组状态进行检修处理，避免了事故的进一步扩大，证明本发明方法准确、可行，值得推广。

技术特征：

1.一种水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法，其特征在于包括下列步骤：(1)根据在线监测系统实时获取的+x、+y方向的顶盖水平振动幅值，实时计算顶盖水平振动监测量z，计算公式如下：其中x表示+x方向的顶盖水平振动幅值，y表示+y方向的顶盖水平振动幅值，z表示顶盖水平振动监测量，即两个方向振动的合成量；(2)根据在线监测系统实时获取的+x方向的顶盖水平振动波形，采用fft实时计算+x方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：x(k)＝fft[x{n}]|
n
其中x(k)表示+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，x{n}表示采集的+x方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；(3)根据在线监测系统实时获取的+y方向的顶盖水平振动波形，采用fft实时计算+y方向导叶数量的k倍频振动分量值，计算公式如下：y(k)＝fft[y{n}]|
n
其中y(k)表示+y方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值，y{n}表示采集的+y方向波形数据序列，n表示数据序列的数据点数；(4)根据步骤(2)和步骤(3)计算的+x方向顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量值和+y方向顶盖水平振导叶数量k倍频振动分量值，实时计算顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量z(k)，计算公式如下：其中x(k)表示+x方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，y(k)表示+y方向的顶盖水平振动k倍导叶数量频振动分量值，z(k)表示顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量，即两个方向振动的合成量；(5)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值，实时计算瓦温最大值，计算公式如下：tmax＝max{t1,t2,t3,...tn}其中tmax表示n块水导瓦温的最大值，t1～tn表示各水导瓦温度；(6)根据在线监测系统所获得的n块水导瓦温度测值，实时计算瓦温最小值，计算公式如下：tmin＝min{t1,t2,t3,...tn}其中tmin表示n块水导瓦温的最小值，t1～tn表示各水导瓦温度；(7)根据步骤(5)和步骤(6)计算的水导瓦温最大值和最小值，实时计算水导瓦温极差t，计算公式如下：t＝tmax-tmin其中t表示水导瓦温极差，tmax表示n块水导瓦温的最大值，tmin表示n块水导瓦温的最小值；(8)根据步骤(2)计算的顶盖水平振动监测量z、步骤(4)计算的顶盖水平振动导叶数量
k倍频振动分量z(k)、步骤(7)计算的水导瓦温极差t，结合行业标准规范要求，进行如下判断：
①
顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量z(k)>顶盖水平振动监测量z
×
50％；
②
顶盖水平振动监测量z大于定值a，其中a表示立式水轮发电机组正常运行时顶盖水平振动允许值；
③
水导瓦温极差t大于定值c，其中c表示立式水轮发电机组正常运行时水导瓦温偏差允许值；(9)在机组正常运行情况下，实时判断步骤(8)三个条件，当同时满足时，输出故障告警信号；(10)收到故障告警信号，及时停机开展检查，并制定检修处理措施。2.根据权利要求1所述的水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法，其特征在于：所述在线监测系统为现有水电厂计算机监控系统和机组状态监测系统。

技术总结

本发明公开一种水轮机活动导叶开口不均故障分析的方法，根据在线监测系统实时获取的+X、+Y方向的顶盖水平振动幅值，实时计算顶盖水平振动监测量，再实时获取的+X、+Y方向的顶盖水平振动波形，计算顶盖水平振动导叶数量k倍频振动分量监测量，实时计算水导瓦温极差T，结合行业标准规范要求，进行三个条件的判断，当同时满足时，输出故障告警信号，及时停机开展检查，并制定检修处理措施。本发明通过水轮机导叶开口不均产生的设备关联现象，总结提出一种基于计算机进行实时计算分析是否存在导叶开口不均故障分析方法，实现在导叶开口不均故障初期时，就能及时准确发现异常情况，及时制定检修处理措施，在行业具有很好的推广价值。值。值。