一種基於工況識別的水電機組振動監測通道異常檢測方法與流程

2023-06-25 19:35:32

本發明涉及水電機組狀態監測診斷領域，更具體地涉及水電機組振動監測系統振動信號的通道自檢方法。

背景技術：

水力發電作為清潔能源，在現代能源生產中佔有極為重要地位。水輪機和水輪發電機，合稱為水電機組，是水力發電廠的關鍵設備。近年來，隨著對水電站安全運行的要求逐步提高，水電機組狀態監測也越來越受到用戶重視。

水電機組狀態監測的主要內容是振動監測及保護。水電機組產生機械振動的原因很多，除了水電機組產品缺陷，安裝缺陷，運維不當等原因外，負荷異常也可能產生較大振動。振動是一個多因素，多維度的合成作用的效果。

振動監測保護裝置需準確可靠的反映各測點的振動情況，作用於跳閘時其可靠性取決於通道的可靠性。目前國內外有不少產品，有的產品功能簡單，經常出現誤判；有的產品較完善，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；有部分工程採取通過對同一測點傳感器信號的冗餘配置和互相校驗來實現，成本較高。一旦通道異常(傳感器異常或監測保護裝置採樣通道異常)，裝置無法準確快速定位故障，需要停機進行檢測，費時費力；如果不能及時識別通道異常，還會造成振動監測保護裝置的不正確動作。

為此，本發明提出一種基於工況識別的水電機組振動監測通道異常的檢測方法。通過檢索歷史振動資料庫，根據工程經驗設定各測點振動信號的正常閾值範圍：裝置採集水電機組運行參數，判別其所處的運行工況；裝置還實時採集各測點振動信號，並根據運行工況獲取對應的各測點振動信號歷史正常閾值範圍，兩者進行比較，如果連續多次超出範圍，則發出振動監測保護裝置通道異常報警，提示運行人員處理。

技術實現要素：

本發明的目的是：設計一種基於工況識別的水電機組振動監測通道異常的檢測方法，可以靈敏準確的識別振動監測保護裝置的通道異常，提高水電機組振動監測保護的可靠性。

本發明採取的技術方案是：採用基於工況識別的水電機組振動監測保護裝置通道異常的檢測方法，其特徵是：通過檢索歷史振動資料庫，根據工程經驗設定各測點振動信號的正常閾值範圍：振動監測保護裝置採集水電機組運行參數，判別其所處的運行工況；裝置實時採集各測點振動信號，並根據運行工況獲取對應的各測點振動信號歷史正常閾值範圍，兩者進行比較，如果連續多次超出該範圍，則發出振動監測保護裝置通道異常報警，提示運行人員處理。

設定各測點振動信號正常閾值範圍的具體步驟為：檢索各測點振動數據歷史數據，根據工程經驗設定其振動信號的正常閾值範圍。

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是測點對應的振動信號某一運行工況下的固有值。k為偏離均值的係數，一般取0.1～0.2；vpp.set1為某一運行工況下，根據歷史數據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：水電機組振動監測保護裝置根據各種運行參數和輔助觸點位置，準確識別水電機組的運行工況。導葉處於關閉位置，則水電機組處於靜止狀態；

a)導葉打開，水輪機轉速變化，則水電機組處空載無勵變轉速工況；

b)導葉打開，水輪機轉速到額定轉速，勵磁電壓變化，水電機組處於空載額定轉速變勵磁工況；

c)水輪機轉速到額定轉速，勵磁電壓額定，機端斷路器或主變高壓側開關處於合閘位置，有功功率變化，則水電機組處於帶負荷變負荷工況；

d)導葉關閉，勵磁電壓額定，機端斷路器或主變高壓側開關處於合閘位置，有功功率為一較小的負值，無功功率大範圍變化，則水電機組處於調相運行工況。

最後實時檢測各測點的振動信號，並結合運行參數確定水電機組當前的運行工況，再和歷史資料庫中對應運行工況下同一測點振動信號正常閾值進行比較，連續多次超出正常範圍則發出「測點x振動通道異常」報警，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於限值的次數，nset為越限次數定值。某工況下，測點信號小于振動信號下限值，連續多次，則裝置判定該振動監測通道異常。

本發明的有益效果是：對同一個測點，不增加額外的傳感器和裝置採樣通道配置，僅通過對歷史振動數據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範圍的通道進行報警，完善了水電機組振動監測保護裝置的通道自檢，提升了振動監測保護跳閘的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明的一個典型應用接線圖，

圖2是本發明設計的水電機組運行工況識別邏輯圖，

圖3是本發明設計的通道異常檢測邏輯圖，

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明，參見圖1中：a.水輪機。b.發電機。

c.上導x向測點。d.上導y向測點。e.振動監測保護裝置。f.振動監測保護後臺分析系統。

圖2中：a.導葉位置判別邏輯元件。當導葉處於打開位置，該元件輸出邏輯值1，否則輸出邏輯值0。b.水輪機轉速變化判別元件。當水輪機轉速發生變化時，說明處於開、停機過程中，輸出為1，否則輸出為0。c.水輪機達到額定轉速，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.機端開關或主變高壓側開關處於合位，判發電機處於併網狀態，輸出為1，否則為0。h.有功恆定，無功大範圍變化，此時輸出為1，否則為0。i，j，k，l.均為「與門操作」。m.邏輯判別結果輸出，判為當前工況為「水電機組靜止工況」。n.邏輯判別結果輸出，判為當前工況為「空載無勵變轉速」。o.邏輯判別結果輸出，判為當前工況為「空載額定轉速變勵磁」。p.邏輯判別結果輸出，判為當前工況為「帶負荷變負荷」。q.邏輯判別結果輸出，判為當前工況為「調相運行」。

實施例：本發明設計了一種基於工況識別的水電機組振動監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測保護裝置和後臺分析系統的接線如附圖1所示。該水輪機設計水頭51m，設計流量114m3/s，額定出力306mw，轉輪安裝高程205m，額定轉速500rpm，轉輪葉片數7個；發電機額定容量300mw，額定功率因數0.9，額定電壓20kv。

以上導x向擺度為例，實施振動監測保護裝置通道異常檢測的具體步驟如下：

(1)振動監測保護裝置通過對歷史振動數據的檢索和數學處理，形成上導x向擺度在各種運行工況下的振動信號正常閾值範圍，並以定值形式保存在裝置內部。

(2)振動監測保護裝置實時採集當前水電機組的運行參數及開關輔助觸點信息，根據圖2邏輯進行工況判別。

(3)裝置實時採集上導x向測點的擺度信號。

(4)根據圖3邏輯圖所示，將當前時刻上導x向測點的擺度信號與對應工況下該測點的正常信號範圍進行比對，如果連續n次超出範圍則發出「上導x向測點通道異常」報警信號並閉鎖振動監測保護的跳閘功能。

(5)如果步驟(4)判別未超出正常範圍，則重複對下一時刻上導x向測點擺度信號進行自檢。

採用上述方法，在不增加額外的振動通道輸入，僅通過對歷史振動數據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範圍的通道進行報警並閉鎖振動保護的跳閘功能。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何等同替換或改動，並不超出本發明保護範圍。