一种基于工况识别的水电机组振动监测通道异常检测方法与流程

本发明涉及水电机组状态监测诊断领域，更具体地涉及水电机组振动监测系统振动信号的通道自检方法。

背景技术：

水力发电作为清洁能源，在现代能源生产中占有极为重要地位。水轮机和水轮发电机，合称为水电机组，是水力发电厂的关键设备。近年来，随着对水电站安全运行的要求逐步提高，水电机组状态监测也越来越受到用户重视。

水电机组状态监测的主要内容是振动监测及保护。水电机组产生机械振动的原因很多，除了水电机组产品缺陷，安装缺陷，运维不当等原因外，负荷异常也可能产生较大振动。振动是一个多因素，多维度的合成作用的效果。

振动监测保护装置需准确可靠的反映各测点的振动情况，作用于跳闸时其可靠性取决于通道的可靠性。目前国内外有不少产品，有的产品功能简单，经常出现误判；有的产品较完善，但是对于振动信号的通道异常，缺乏完善可靠的自检手段，不可靠；有部分工程采取通过对同一测点传感器信号的冗余配置和互相校验来实现，成本较高。一旦通道异常(传感器异常或监测保护装置采样通道异常)，装置无法准确快速定位故障，需要停机进行检测，费时费力；如果不能及时识别通道异常，还会造成振动监测保护装置的不正确动作。

为此，本发明提出一种基于工况识别的水电机组振动监测通道异常的检测方法。通过检索历史振动数据库，根据工程经验设定各测点振动信号的正常阈值范围：装置采集水电机组运行参数，判别其所处的运行工况；装置还实时采集各测点振动信号，并根据运行工况获取对应的各测点振动信号历史正常阈值范围，两者进行比较，如果连续多次超出范围，则发出振动监测保护装置通道异常报警，提示运行人员处理。

技术实现要素：

本发明的目的是：设计一种基于工况识别的水电机组振动监测通道异常的检测方法，可以灵敏准确的识别振动监测保护装置的通道异常，提高水电机组振动监测保护的可靠性。

本发明采取的技术方案是：采用基于工况识别的水电机组振动监测保护装置通道异常的检测方法，其特征是：通过检索历史振动数据库，根据工程经验设定各测点振动信号的正常阈值范围：振动监测保护装置采集水电机组运行参数，判别其所处的运行工况；装置实时采集各测点振动信号，并根据运行工况获取对应的各测点振动信号历史正常阈值范围，两者进行比较，如果连续多次超出该范围，则发出振动监测保护装置通道异常报警，提示运行人员处理。

设定各测点振动信号正常阈值范围的具体步骤为：检索各测点振动数据历史数据，根据工程经验设定其振动信号的正常阈值范围。

vpp.set1＝vpp.ave-k×vpp.ave(2)

其中，vpp.i是某一运行工况某一时刻下，测点对应的历史振动信号值，vpp.ave是测点在某一运行工况下历史振动信号的平均值，vpp.const是测点对应的振动信号某一运行工况下的固有值。k为偏离均值的系数，一般取0.1～0.2；vpp.set1为某一运行工况下，根据历史数据获得的测点振动信号阈值。

水电机组运行工况识别的步骤为：水电机组振动监测保护装置根据各种运行参数和辅助触点位置，准确识别水电机组的运行工况。导叶处于关闭位置，则水电机组处于静止状态；

a)导叶打开，水轮机转速变化，则水电机组处空载无励变转速工况；

b)导叶打开，水轮机转速到额定转速，励磁电压变化，水电机组处于空载额定转速变励磁工况；

c)水轮机转速到额定转速，励磁电压额定，机端断路器或主变高压侧开关处于合闸位置，有功功率变化，则水电机组处于带负荷变负荷工况；

d)导叶关闭，励磁电压额定，机端断路器或主变高压侧开关处于合闸位置，有功功率为一较小的负值，无功功率大范围变化，则水电机组处于调相运行工况。

最后实时检测各测点的振动信号，并结合运行参数确定水电机组当前的运行工况，再和历史数据库中对应运行工况下同一测点振动信号正常阈值进行比较，连续多次超出正常范围则发出“测点x振动通道异常”报警，提示运行人员处理。

vpp.k<vpp.set1(3)

n≥nset(4)

式(3)、(4)中，vpp.k为某运行工况下测点的振动信号实测值，n为其在某运行工况下低于限值的次数，nset为越限次数定值。某工况下，测点信号小于振动信号下限值，连续多次，则装置判定该振动监测通道异常。

本发明的有益效果是：对同一个测点，不增加额外的传感器和装置采样通道配置，仅通过对历史振动数据的挖掘和水电机组运行工况的识别，对超出正常振动信号阈值范围的通道进行报警，完善了水电机组振动监测保护装置的通道自检，提升了振动监测保护跳闸的可靠性。

附图说明

图1是本发明的一个典型应用接线图，

图2是本发明设计的水电机组运行工况识别逻辑图，

图3是本发明设计的通道异常检测逻辑图，

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，参见图1中：a.水轮机。b.发电机。

c.上导x向测点。d.上导y向测点。e.振动监测保护装置。f.振动监测保护后台分析系统。

图2中：a.导叶位置判别逻辑元件。当导叶处于打开位置，该元件输出逻辑值1，否则输出逻辑值0。b.水轮机转速变化判别元件。当水轮机转速发生变化时，说明处于开、停机过程中，输出为1，否则输出为0。c.水轮机达到额定转速，此时输出1，否则输出0。d.励磁电压变化，励磁电压在变化时输出为1，否则输出0。e.励磁电压为额定，此时输出为1，否则输出为0。f.有功功率变化，此时输出为1，否则输出为0。g.机端开关或主变高压侧开关处于合位，判发电机处于并网状态，输出为1，否则为0。h.有功恒定，无功大范围变化，此时输出为1，否则为0。i，j，k，l.均为“与门操作”。m.逻辑判别结果输出，判为当前工况为“水电机组静止工况”。n.逻辑判别结果输出，判为当前工况为“空载无励变转速”。o.逻辑判别结果输出，判为当前工况为“空载额定转速变励磁”。p.逻辑判别结果输出，判为当前工况为“带负荷变负荷”。q.逻辑判别结果输出，判为当前工况为“调相运行”。

实施例：本发明设计了一种基于工况识别的水电机组振动监测通道异常的检测方法。下面以某电厂一台300mw水电机组的具体情况，以上导x向测点的通道异常检测为例说明该方法的具体实施方式。

主接线图以及水电机组振动监测保护装置和后台分析系统的接线如附图1所示。该水轮机设计水头51m，设计流量114m³/s，额定出力306mw，转轮安装高程205m，额定转速500rpm，转轮叶片数7个；发电机额定容量300mw，额定功率因数0.9，额定电压20kv。

以上导x向摆度为例，实施振动监测保护装置通道异常检测的具体步骤如下：

(1)振动监测保护装置通过对历史振动数据的检索和数学处理，形成上导x向摆度在各种运行工况下的振动信号正常阈值范围，并以定值形式保存在装置内部。

(2)振动监测保护装置实时采集当前水电机组的运行参数及开关辅助触点信息，根据图2逻辑进行工况判别。

(3)装置实时采集上导x向测点的摆度信号。

(4)根据图3逻辑图所示，将当前时刻上导x向测点的摆度信号与对应工况下该测点的正常信号范围进行比对，如果连续n次超出范围则发出“上导x向测点通道异常”报警信号并闭锁振动监测保护的跳闸功能。

(5)如果步骤(4)判别未超出正常范围，则重复对下一时刻上导x向测点摆度信号进行自检。

采用上述方法，在不增加额外的振动通道输入，仅通过对历史振动数据的挖掘和水电机组运行工况的识别，对超出正常振动信号阈值范围的通道进行报警并闭锁振动保护的跳闸功能。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。