本發(fā)明屬于電子技術領域，涉及一種水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法。
背景技術：
水電機組運行狀態(tài)的實時診斷直接關系到水電站的安全穩(wěn)定運行、電力質(zhì)量和電力生產(chǎn)成本等重要的經(jīng)濟效益指標，其社會效益巨大。隨著電站規(guī)模和監(jiān)測輔助系統(tǒng)的不斷擴大，機組的控制和監(jiān)測數(shù)據(jù)信息量越來越大，運行操作人員對機組運行狀態(tài)的實時有效監(jiān)控、對設備故障做出迅速而準確地判斷變得越來越困難，因此，研究開發(fā)智能水電機組故障診斷系統(tǒng)是非常必要的。水電機組在運行過程中難免發(fā)生各種各樣的異常情況，同一異常現(xiàn)象可能有不同的產(chǎn)生原因，并且出現(xiàn)的故障具有隨機性，其中許多事電站工作人員無法預先、直接檢測到的，一般要根據(jù)工作人員的個人經(jīng)驗和對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析來查找故障發(fā)生的原因及部位，因而有一定的主觀性和局限性。
因此，為保障水電機組的正常安全運行，對其運行狀態(tài)進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“預測性檢修”防患于未然是工程界夢寐以求的理想，也是大型電站機組檢修的發(fā)展方向。
傳統(tǒng)故障診斷技術方案：
傳統(tǒng)水輪發(fā)電機組的故障診斷主要有以下4種方法
1、基于信號處理的診斷方法
2、基于解析模型的診斷方法
3、基于經(jīng)驗知識的診斷方法
4、基于數(shù)據(jù)驅動的診斷方法
水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形是一種常見故障，會破壞原機組的磁路線，有可能形成磁振動，從而增大機組振動，惡化機組運行工況。如果機組長期處在這種工況下運行，其結構可能受到破壞，并誘發(fā)其他事故。
傳統(tǒng)水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形故障診斷技術的缺陷：
國內(nèi)在故障診斷技術方面的研究起步較晚，二十世紀70年代末開始研究和嘗試應用診斷技術，二十世紀90年代開始進行智能化故障診斷的研究工作，研究方法集中在模糊邏輯法、故障樹分析法、專家系統(tǒng)技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術等，其中專家系統(tǒng)技術和神經(jīng)網(wǎng)絡技術是應用的熱點。許多監(jiān)測診斷系統(tǒng)也開始投入使用，但大都集中在汽輪機以及其他旋轉機械設備的監(jiān)測與故障診斷，針對水電機組的應用很少。這主要由于水電機組轉速低，對機組的安全運行沒有給予足夠的重視，使得水電機組在線監(jiān)測和故障診斷技術的研究落后于其他(大型)旋轉機械。
隨著國內(nèi)水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測技術的發(fā)展，作為其重要組成部分的發(fā)電機氣隙動態(tài)測量技術也同步得到了推廣和應用。但國內(nèi)外的監(jiān)測技術，都是將氣隙監(jiān)測和機組振動監(jiān)測完全分開，并且氣隙測量單元主要集中在機組運行保護和瞬時的轉子磁極伸長、相對偏心及圓度的分析和診斷上，很少涉及對定子、轉子變形的分析。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種水輪發(fā)電機組開停機過程轉子變形的自動分析診斷方法。
為此，本發(fā)明提供的技術方案為：
一種水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法，包括如下步驟：
步驟一、選取轉子機械線性量和轉子機械變性不均勻度作為水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形評價指標，并分別建立水輪發(fā)電機組開停機過程中轉子機械線性量和轉子機械變性不均勻度的數(shù)學模型；
步驟二、以水輪發(fā)電機組的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，利用所述轉子機械線性量和/或轉子機械變性不均勻度的數(shù)學模型，采用參數(shù)辨識的方法，從所述在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇所述轉子機械線性量和/或轉子機械變性不均勻度參數(shù)數(shù)據(jù)，通過計算來辨識水輪發(fā)電機組是否存在開停機過程轉子機械變形故障。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述步驟一中，所述轉子機械變形量的計算公式如下：
其中，A為各發(fā)電機組上測點實時測量到的氣隙值，n為測點安裝數(shù)目，t1為發(fā)電機組開機過程投入勵磁前時刻，t0為轉子極低轉速時刻，ΔAj為轉子機械變形量。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述步驟一中，所述轉子變形不均勻度的計算公式為：
其中，A為各發(fā)電機組上測點實時測量到的氣隙值，n為測點安裝數(shù)目，t1為發(fā)電機組開機過程投入勵磁前時刻，t0為轉子極低轉速時刻，為轉子變形不均勻度。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述各發(fā)電機組上測點處設置有氣隙傳感器，用于測定所述發(fā)電機組的轉子機械變形量。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，在所述步驟二之后還包括如下步驟：
步驟三、自動生成并顯示所述水輪發(fā)電機組的轉子機械變形故障的分析診斷報告。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述分析診斷報告的內(nèi)容包括：定轉子氣隙圓、轉子圓度、定子圓度、最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙、定轉子相對偏心、氣隙變化曲線、轉子機械變形統(tǒng)計和轉子機械變形參數(shù)統(tǒng)計。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述分析診斷報告可自動轉換為WORD格式。
優(yōu)選的是，所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法中，所述步驟二中，首先由人工選定需要生成的分析診斷報告，啟動其相應模塊，之后再根據(jù)對應故障診斷機理，采用參數(shù)辨識的方法，從所述在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇所述轉子機械變形量參數(shù)和/或轉子機械變形不均勻度參數(shù)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明采用參數(shù)辨識的方法，建立轉子機械變形量和轉子變形不均勻的數(shù)學模型，系統(tǒng)從在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇可以反映轉子變形的特征參數(shù)，來辨識系統(tǒng)是否存在開停機過程轉子變形故障，并完成自動繪制趨勢圖及相關趨勢圖等特性曲線，自動出具分析診斷報告，以此來實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組開停機過程轉子變形的自動分析診斷功能。本發(fā)明的分析診斷方式具有數(shù)學模型的支持，算法精準，計算過程中選取數(shù)據(jù)具有客觀性和準確性，且能夠自動生成分析診斷報告，節(jié)省人力、時間的同時，也提高了計算和判斷的準確性。
本發(fā)明至少包括以下有益效果：
(1)易于操作。使用人員無需進行設置、選擇數(shù)據(jù)等復雜操作，采用“一鍵完成”式的軟件操作。
(2)數(shù)據(jù)選擇、計算、判定過程自動化。所有篩選數(shù)據(jù)和根據(jù)故障或缺陷模型計算的過程、分析推理、判定的過程由計算機完成，無需操作人員中間交互操作。
(3)報告中提供明確的分析診斷結論和可能的檢修建議。
(4)以報告的形式輸出到用戶界面，而且報告可以自動轉換為WORD等格式。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷報告的生成流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形的分析診斷方法，包括如下步驟：
步驟一、選取轉子機械線性量和轉子機械變性不均勻度作為水輪發(fā)電機組開停機過程轉子機械變形評價指標，并分別建立水輪發(fā)電機組開停機過程中轉子機械線性量和轉子機械變性不均勻度的數(shù)學模型；
步驟二、以水輪發(fā)電機組的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，利用所述轉子機械線性量和/或轉子機械變性不均勻度的數(shù)學模型，采用參數(shù)辨識的方法，從所述在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇所述轉子機械線性量和/或轉子機械變性不均勻度參數(shù)數(shù)據(jù)，通過計算來辨識水輪發(fā)電機組是否存在開停機過程轉子機械變形故障。
本發(fā)明采用參數(shù)辨識的方法，建立轉子機械變形量和轉子變形不均勻的數(shù)學模型，系統(tǒng)從在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇可以反映轉子變形的特征參數(shù)，來辨識系統(tǒng)是否存在開停機過程轉子變形故障，并完成自動繪制趨勢圖及相關趨勢圖等特性曲線，自動出具分析診斷報告，以此來實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組開停機過程轉子變形的自動分析診斷功能。本發(fā)明的分析診斷方式具有數(shù)學模型的支持，算法精準，計算過程中選取數(shù)據(jù)具有客觀性和準確性，且能夠自動生成分析診斷報告，節(jié)省人力、時間的同時，也提高了計算和判斷的準確性。
在上述方案中，作為優(yōu)選，所述步驟一中，所述轉子機械變形量的計算公式如下：
其中，A為各發(fā)電機組上測點實時測量到的氣隙值，n為測點安裝數(shù)目，t1為發(fā)電機組開機過程投入勵磁前時刻，t0為轉子極低轉速時刻，ΔAj為轉子機械變形量。
在本發(fā)明的其中一個實施例中，作為優(yōu)選，所述步驟一中，所述轉子變形不均勻度的計算公式為：
其中，A為各發(fā)電機組上測點實時測量到的氣隙值，n為測點安裝數(shù)目，t1為發(fā)電機組開
機過程投入勵磁前時刻，t0為轉子極低轉速時刻，為轉子變形不均勻度。。
在本發(fā)明的其中一個實施例中，作為優(yōu)選，所述各發(fā)電機組上測點處設置有氣隙傳感器，用于測定所述發(fā)電機組的轉子機械變形量。
在本發(fā)明的其中一個實施例中，作為優(yōu)選，在所述步驟二之后還包括如下步驟：
步驟三、自動生成并顯示所述水輪發(fā)電機組的轉子機械變形故障的分析診斷報告。
在上述方案中，作為優(yōu)選，所述分析診斷報告的內(nèi)容包括：定轉子氣隙圓、轉子圓度、定子圓度、最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙、定轉子相對偏心、氣隙變化曲線、轉子機械變形統(tǒng)計和轉子機械變形參數(shù)統(tǒng)計。
在上述方案中，作為優(yōu)選，所述分析診斷報告可自動轉換為WORD格式。
在本發(fā)明的其中一個實施例中，作為優(yōu)選，所述步驟二中，首先由人工選定需要生成的分析診斷報告，啟動其相應模塊，之后再根據(jù)對應故障診斷機理，采用參數(shù)辨識的方法，從所述在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中自動選擇所述轉子機械變形量參數(shù)和/或轉子機械變形不均勻度參數(shù)數(shù)據(jù)。
實施例1
以水輪發(fā)電機組的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，通過數(shù)據(jù)采集模塊對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，獲取到機組振動、擺度、壓力脈動、位移等相關數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)、科學的分析才能實現(xiàn)對開停機過程轉子變形的自動分析診斷功能，這就對數(shù)據(jù)的實時性、參數(shù)的嚴謹性、權威性等有很高的要求。
因此，本發(fā)明開發(fā)了一種新的自動分析診斷方法，即“參數(shù)辨識”的方式。通過設計算法，建立相應的數(shù)學模型，在實際的在線監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動選擇能夠反映開停機過程轉子變形特征的量化參數(shù)，來辨識機組是否存在開停機過程轉子變形故障，并完成自動繪制趨勢圖及相關趨勢圖等特性曲線。
1、開停機過程轉子變形的故障機理：
轉子機械變形是導致氣隙改變的主要原因。機組在升速過程，機組未投入勵磁前，由于離心力的作用，會導致轉子發(fā)生彈性變形，導致氣隙減小。這種改變常見于磁極/磁軛浮動式安裝的機組中。需要注意的時，在這個過程中機組擺度也會增大，同時也會導致氣隙的減小，從對比實際測量的同方位機組擺度增大量和氣隙減小量可以看到，氣隙的減小量遠比擺度的增長量要大。故而能夠證明轉子機械變形的存在。另外由于機組此時未投入勵磁，故而不存在由于磁拉力而導致的定轉子變形，而且在短暫的升速過程中，定子的熱變形也是很小的，所以此過程的氣隙變化量主要反映了轉子的機械變形量。
2、開停機過程轉子變形的故障特征參數(shù)及其辨識算法
本系統(tǒng)中，轉子機械變形評價指標為：
1)轉子機械變形量；
2)轉子機械變形不均勻度；
3)轉子中心相對偏移值及方位；
其中轉子機械變形量指機組從開機到投入勵磁前平均氣隙或者從去勵磁到停機前的變化值，計算公式如下：
變形不均勻度指從不同方位測點測量得到的氣隙變化的最大最小之差；計算公式如下：
其中：
A為各測點實時測量到的氣隙值
n為測點安裝數(shù)目
t1為機組開機過程投入勵磁前時刻
t0為極低轉速時刻
ΔAj為轉子變形量
為轉子變形不均勻度
在計算轉子機械變形量時，務必參考靠近發(fā)電機轉子出的機組擺度值將由于機組擺度造成的氣隙減小量去除。
從理論上看，轉子的機械變形應該是比較均的。如果存在較大的不均勻度，反映出轉子的回轉中心在升速過程中發(fā)生變化。
通過對轉子機械變形量的長期趨勢跟蹤，可以直觀地監(jiān)測得到是否存在磁軛/磁極是否存在松脫故障。
3、開停機過程轉子變形的自動化分析診斷
A.自動分析診斷報告
自動分析診斷功能是系統(tǒng)根據(jù)故障機理，自動選取合適的數(shù)據(jù)，進行自動分析和統(tǒng)計判斷，并給出分析評價診斷結果。整個分析過程系統(tǒng)能夠自動完成而無需人工操作。
報告的生成流程基本流程如圖1所示。如圖1流程中，除選擇啟動報告需要人為選定之外，其他環(huán)節(jié)全部由系統(tǒng)的綜合分析診斷軟件自動完成。
本部分功能主要面向日常運行工作人員。具備以下特點：
(1)易于操作。使用人員無需進行設置、選擇數(shù)據(jù)等復雜操作，采用“一鍵完成”式的軟件操作。
(2)數(shù)據(jù)選擇、計算、判定過程自動化。所有篩選數(shù)據(jù)和根據(jù)故障或缺陷模型計算的過程、分析推理、判定的過程由計算機完成，無需操作人員中間交互操作。
(3)報告中提供明確的分析診斷結論和可能的檢修建議。
(4)以報告的形式輸出到用戶界面，而且報告可以自動轉換為WORD等格式
B.自動分析診斷技術路線
機組在升速過程，機組未投入勵磁前，由于離心力的作用，會導致轉子發(fā)生彈性變形，導致氣隙減小。這種改變常見于磁極/磁軛浮動式安裝的機組中。另外由于機組此時未投入勵磁，故而不存在由于磁拉力而導致的定轉子變形，而且在短暫的升速過程中，定子的熱變形也是很小的，所以此過程的氣隙變化量主要反映了轉子的機械變形量。
另外轉子磁極在投入勵磁前后，受磁拉力影響，轉子也會產(chǎn)生磁極伸長現(xiàn)象，導致轉子整體產(chǎn)生變形。
利用安裝在定子內(nèi)壁上的氣隙傳感器就可以對轉子變形情況進行分析，而利用4只或者8只氣隙傳感器則可以分析得到升速過程中轉子變形是否一致問題，同時利用多支氣隙傳感器還可以計算定轉子的相對偏心大小及其方位；
C.最終分析診斷結論形式及內(nèi)容
以自動分析診斷報告的形式輸出。
報告的內(nèi)容包括：
1)低轉速下定轉子氣隙圓、以及計算得到的轉子圓度、定子圓度、最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙、定轉子相對偏心等評價指標
2)高轉速下定轉子氣隙圓、以及計算得到的轉子圓度、定子圓度、最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙、定轉子相對偏心等評價指標
3)投勵磁后定轉子氣隙圓、以及計算得到的轉子圓度、定子圓度、最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙、定轉子相對偏心等評價指標
4)升速過程，氣隙變化曲線
5)升速過程轉子變形統(tǒng)計
6)投勵磁前后轉子變形參數(shù)統(tǒng)計
盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。