一種基于工況識別的水電機組振動監(jiān)測通道異常檢測方法與流程

本發(fā)明涉及水電機組狀態(tài)監(jiān)測診斷領(lǐng)域，更具體地涉及水電機組振動監(jiān)測系統(tǒng)振動信號的通道自檢方法。

背景技術(shù)：

水力發(fā)電作為清潔能源，在現(xiàn)代能源生產(chǎn)中占有極為重要地位。水輪機和水輪發(fā)電機，合稱為水電機組，是水力發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備。近年來，隨著對水電站安全運行的要求逐步提高，水電機組狀態(tài)監(jiān)測也越來越受到用戶重視。

水電機組狀態(tài)監(jiān)測的主要內(nèi)容是振動監(jiān)測及保護(hù)。水電機組產(chǎn)生機械振動的原因很多，除了水電機組產(chǎn)品缺陷，安裝缺陷，運維不當(dāng)?shù)仍蛲猓?fù)荷異常也可能產(chǎn)生較大振動。振動是一個多因素，多維度的合成作用的效果。

振動監(jiān)測保護(hù)裝置需準(zhǔn)確可靠的反映各測點的振動情況，作用于跳閘時其可靠性取決于通道的可靠性。目前國內(nèi)外有不少產(chǎn)品，有的產(chǎn)品功能簡單，經(jīng)常出現(xiàn)誤判；有的產(chǎn)品較完善，但是對于振動信號的通道異常，缺乏完善可靠的自檢手段，不可靠；有部分工程采取通過對同一測點傳感器信號的冗余配置和互相校驗來實現(xiàn)，成本較高。一旦通道異常(傳感器異常或監(jiān)測保護(hù)裝置采樣通道異常)，裝置無法準(zhǔn)確快速定位故障，需要停機進(jìn)行檢測，費時費力；如果不能及時識別通道異常，還會造成振動監(jiān)測保護(hù)裝置的不正確動作。

為此，本發(fā)明提出一種基于工況識別的水電機組振動監(jiān)測通道異常的檢測方法。通過檢索歷史振動數(shù)據(jù)庫，根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)定各測點振動信號的正常閾值范圍：裝置采集水電機組運行參數(shù)，判別其所處的運行工況；裝置還實時采集各測點振動信號，并根據(jù)運行工況獲取對應(yīng)的各測點振動信號歷史正常閾值范圍，兩者進(jìn)行比較，如果連續(xù)多次超出范圍，則發(fā)出振動監(jiān)測保護(hù)裝置通道異常報警，提示運行人員處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：設(shè)計一種基于工況識別的水電機組振動監(jiān)測通道異常的檢測方法，可以靈敏準(zhǔn)確的識別振動監(jiān)測保護(hù)裝置的通道異常，提高水電機組振動監(jiān)測保護(hù)的可靠性。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：采用基于工況識別的水電機組振動監(jiān)測保護(hù)裝置通道異常的檢測方法，其特征是：通過檢索歷史振動數(shù)據(jù)庫，根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)定各測點振動信號的正常閾值范圍：振動監(jiān)測保護(hù)裝置采集水電機組運行參數(shù)，判別其所處的運行工況；裝置實時采集各測點振動信號，并根據(jù)運行工況獲取對應(yīng)的各測點振動信號歷史正常閾值范圍，兩者進(jìn)行比較，如果連續(xù)多次超出該范圍，則發(fā)出振動監(jiān)測保護(hù)裝置通道異常報警，提示運行人員處理。

設(shè)定各測點振動信號正常閾值范圍的具體步驟為：檢索各測點振動數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)定其振動信號的正常閾值范圍。

vpp.set1＝vpp.ave-k×vpp.ave(2)

其中，vpp.i是某一運行工況某一時刻下，測點對應(yīng)的歷史振動信號值，vpp.ave是測點在某一運行工況下歷史振動信號的平均值，vpp.const是測點對應(yīng)的振動信號某一運行工況下的固有值。k為偏離均值的系數(shù)，一般取0.1～0.2；vpp.set1為某一運行工況下，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)獲得的測點振動信號閾值。

水電機組運行工況識別的步驟為：水電機組振動監(jiān)測保護(hù)裝置根據(jù)各種運行參數(shù)和輔助觸點位置，準(zhǔn)確識別水電機組的運行工況。導(dǎo)葉處于關(guān)閉位置，則水電機組處于靜止?fàn)顟B(tài)；

a)導(dǎo)葉打開，水輪機轉(zhuǎn)速變化，則水電機組處空載無勵變轉(zhuǎn)速工況；

b)導(dǎo)葉打開，水輪機轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，勵磁電壓變化，水電機組處于空載額定轉(zhuǎn)速變勵磁工況；

c)水輪機轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，勵磁電壓額定，機端斷路器或主變高壓側(cè)開關(guān)處于合閘位置，有功功率變化，則水電機組處于帶負(fù)荷變負(fù)荷工況；

d)導(dǎo)葉關(guān)閉，勵磁電壓額定，機端斷路器或主變高壓側(cè)開關(guān)處于合閘位置，有功功率為一較小的負(fù)值，無功功率大范圍變化，則水電機組處于調(diào)相運行工況。

最后實時檢測各測點的振動信號，并結(jié)合運行參數(shù)確定水電機組當(dāng)前的運行工況，再和歷史數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)運行工況下同一測點振動信號正常閾值進(jìn)行比較，連續(xù)多次超出正常范圍則發(fā)出“測點x振動通道異?！眻缶?，提示運行人員處理。

vpp.k<vpp.set1(3)

n≥nset(4)

式(3)、(4)中，vpp.k為某運行工況下測點的振動信號實測值，n為其在某運行工況下低于限值的次數(shù)，nset為越限次數(shù)定值。某工況下，測點信號小于振動信號下限值，連續(xù)多次，則裝置判定該振動監(jiān)測通道異常。

本發(fā)明的有益效果是：對同一個測點，不增加額外的傳感器和裝置采樣通道配置，僅通過對歷史振動數(shù)據(jù)的挖掘和水電機組運行工況的識別，對超出正常振動信號閾值范圍的通道進(jìn)行報警，完善了水電機組振動監(jiān)測保護(hù)裝置的通道自檢，提升了振動監(jiān)測保護(hù)跳閘的可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個典型應(yīng)用接線圖，

圖2是本發(fā)明設(shè)計的水電機組運行工況識別邏輯圖，

圖3是本發(fā)明設(shè)計的通道異常檢測邏輯圖，

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，參見圖1中：a.水輪機。b.發(fā)電機。

c.上導(dǎo)x向測點。d.上導(dǎo)y向測點。e.振動監(jiān)測保護(hù)裝置。f.振動監(jiān)測保護(hù)后臺分析系統(tǒng)。

圖2中：a.導(dǎo)葉位置判別邏輯元件。當(dāng)導(dǎo)葉處于打開位置，該元件輸出邏輯值1，否則輸出邏輯值0。b.水輪機轉(zhuǎn)速變化判別元件。當(dāng)水輪機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，說明處于開、停機過程中，輸出為1，否則輸出為0。c.水輪機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，此時輸出1，否則輸出0。d.勵磁電壓變化，勵磁電壓在變化時輸出為1，否則輸出0。e.勵磁電壓為額定，此時輸出為1，否則輸出為0。f.有功功率變化，此時輸出為1，否則輸出為0。g.機端開關(guān)或主變高壓側(cè)開關(guān)處于合位，判發(fā)電機處于并網(wǎng)狀態(tài)，輸出為1，否則為0。h.有功恒定，無功大范圍變化，此時輸出為1，否則為0。i，j，k，l.均為“與門操作”。m.邏輯判別結(jié)果輸出，判為當(dāng)前工況為“水電機組靜止工況”。n.邏輯判別結(jié)果輸出，判為當(dāng)前工況為“空載無勵變轉(zhuǎn)速”。o.邏輯判別結(jié)果輸出，判為當(dāng)前工況為“空載額定轉(zhuǎn)速變勵磁”。p.邏輯判別結(jié)果輸出，判為當(dāng)前工況為“帶負(fù)荷變負(fù)荷”。q.邏輯判別結(jié)果輸出，判為當(dāng)前工況為“調(diào)相運行”。

實施例：本發(fā)明設(shè)計了一種基于工況識別的水電機組振動監(jiān)測通道異常的檢測方法。下面以某電廠一臺300mw水電機組的具體情況，以上導(dǎo)x向測點的通道異常檢測為例說明該方法的具體實施方式。

主接線圖以及水電機組振動監(jiān)測保護(hù)裝置和后臺分析系統(tǒng)的接線如附圖1所示。該水輪機設(shè)計水頭51m，設(shè)計流量114m³/s，額定出力306mw，轉(zhuǎn)輪安裝高程205m，額定轉(zhuǎn)速500rpm，轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)7個；發(fā)電機額定容量300mw，額定功率因數(shù)0.9，額定電壓20kv。

以上導(dǎo)x向擺度為例，實施振動監(jiān)測保護(hù)裝置通道異常檢測的具體步驟如下：

(1)振動監(jiān)測保護(hù)裝置通過對歷史振動數(shù)據(jù)的檢索和數(shù)學(xué)處理，形成上導(dǎo)x向擺度在各種運行工況下的振動信號正常閾值范圍，并以定值形式保存在裝置內(nèi)部。

(2)振動監(jiān)測保護(hù)裝置實時采集當(dāng)前水電機組的運行參數(shù)及開關(guān)輔助觸點信息，根據(jù)圖2邏輯進(jìn)行工況判別。

(3)裝置實時采集上導(dǎo)x向測點的擺度信號。

(4)根據(jù)圖3邏輯圖所示，將當(dāng)前時刻上導(dǎo)x向測點的擺度信號與對應(yīng)工況下該測點的正常信號范圍進(jìn)行比對，如果連續(xù)n次超出范圍則發(fā)出“上導(dǎo)x向測點通道異?！眻缶盘柌㈤]鎖振動監(jiān)測保護(hù)的跳閘功能。

(5)如果步驟(4)判別未超出正常范圍，則重復(fù)對下一時刻上導(dǎo)x向測點擺度信號進(jìn)行自檢。

采用上述方法，在不增加額外的振動通道輸入，僅通過對歷史振動數(shù)據(jù)的挖掘和水電機組運行工況的識別，對超出正常振動信號閾值范圍的通道進(jìn)行報警并閉鎖振動保護(hù)的跳閘功能。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何等同替換或改動，并不超出本發(fā)明保護(hù)范圍。