环保型的智能水力发电装置及故障检测方法与流程

本技术涉及水力发电的，尤其是涉及一种环保型的智能水力发电装置及故障检测方法。

背景技术：

1、为便于农田灌溉，农田通常是开垦在江河湖泊周边，以便引水灌溉，农田与水源之间通常开建造有水渠，以便灌溉水经引水渠流入农田中；为了便于利用灌溉水的动能发电，以供农田用电，目前市场上推出了许多便携式水力发电机，能够利用农田附近的水流进行发电。

2、然而，便携式水力发电机的发电功率通常与便携式水力发电机的体积，种类正相关，为了使便携式水力发电机的发电功率尽可能大，通常需要将便携式水力发电机固定安装在水流量充足的水道内，然而，水道的水流量受季节变化影响显著，而水力发电机的成本较高；在丰水期，若要充分利用水力，需要大量水力发电机，在枯水期，则部分水道的水力发电机发电功率极低。

3、因此，针对上述相关技术，发明人认为现有的水力发电装置在枯水期存在发电成本高的问题。

技术实现思路

1、为了降低水力发电装置在枯水期的发电成本，本技术提供一种环保型的智能水力发电装置及故障检测方法。

2、本技术的发明目的一采用如下技术方案实现：

3、环保型的智能水力发电装置，包括发电机、变速组件、若干柔性传动索、若干水力驱动轮机和监控组件，所述变速组件包括第一齿轮和若干第二齿轮，所述第一齿轮固定连接所述发电机的驱动轴，所述第二齿轮啮合于所述第一齿轮，所述柔性传动索的一端可拆卸连接于所述第二齿轮，所述柔性传动索远离所述第二齿轮的一端连接于所述水力驱动轮机，所述监控组件包括用于监测所述驱动轴转速的监测传感器、警示模块和用于根据所述监测传感器的监测数据控制警示模块工作状态的控制器。

4、通过采用上述技术方案，环保型的智能水力发电装置的若干水力驱动轮机用于放置在不同的水道中，以收集水流动能，转化为旋转运动的动能，柔性传动索用于将水力驱动轮机的动能传导至变速组件，由于柔性传动索能够绕开障碍物，通过柔性传动索传导动能，对水力驱动轮机的部署位置要求较低；变速组件包括一个固定连接于发电机驱动轴的第一齿轮和若干第二齿轮，第二齿轮用于连接柔性传动索，以接收动能，多个第二齿轮的设计与多个水力驱动轮机相适应，使得一个发电机可以利用多个水力驱动轮机收集的动能，降低了水力发电成本，也便于将多个水力驱动轮机的动能集中传递至第一齿轮，以驱动发电机发电；变速组件的第一齿轮和第二齿轮之间还能够起到变速的功能，第二齿轮可拆卸式连接柔性传动索，也便于在部分水道的水流量过小时，将对应水力驱动轮机的柔性传动索与第二齿轮分离，以防该水力驱动轮机消耗其他水力驱动轮机的动能，提高环保型的智能水力发电装置在枯水期时的发电功率，降低发电成本；监控组件的监测传感器用于监测所述驱动轴转速，以便分析发电功率和各水力驱动轮机的转动情况，警示模块用于在发电机或水力驱动轮机的工作状态异常时发出警示信号，控制器用于控制警示模块的工作状态。

5、本技术在一较佳示例中：所述水力驱动轮机包括水力螺杆轮，所述水力螺杆轮包括轮轴、螺旋叶片和保护筒，所述螺旋叶片套设并固定连接于所述轮轴，所述保护筒套设并固定连接于所述螺旋叶片，所述水力螺杆轮的整体密度小于水的密度。

6、通过采用上述技术方案，水力螺杆轮的螺旋叶片用于收集水流的动能，并转化为水力螺杆轮旋转运动的动能；轮轴用于连接柔性传动索，以便将水力螺杆轮的动能经柔性传动索传导至发电机；保护筒用于保护轮轴和螺旋叶片，以降低螺旋叶片与水道中石头、树枝接触被卡住，导致水力螺杆轮的旋转运动受阻的可能性；水力螺杆轮的整体密度小于水的密度，以便水力螺杆轮能够浮于水面，进一步降低了水力螺杆轮与水道底部石头、树枝等杂物接触的可能性，从而提高发电效率。

7、本技术在一较佳示例中：所述水力驱动轮机还包括轮机支架，所述轮机支架的两端均固定连接有轴承件，所述轮轴的两端延伸出所述保护筒，且所述轮轴延伸出所述保护筒的两端各连接于一个所述轴承件的内圈，所述轮机支架的两侧设置有导流板。

8、通过采用上述技术方案，水力驱动轮机还包括轮机支架，轮机支架用于支撑水力螺杆轮，并限制水力螺杆轮的位置，以便在较窄以及水位较浅的水道保护水力螺杆轮，以防水力螺杆轮因频繁接触水道底部或侧壁而破损；轮机支架设置有轴承件，以降低水力螺杆轮的旋转阻力；轮机支架的两侧设置有导流板，以便限制流经轮机支架内水流的流向，以充分利用其动能。

9、本技术在一较佳示例中：所述导流板的一侧转动连接有挡水板，所述挡水板的回转轴空间垂直于轮轴设置。

10、通过采用上述技术方案，导流板的一侧转动连接有挡水板，用于起到挡水坝的作用，增大流经水力螺杆轮的水流速度和水流量，进而增大水力螺杆轮所收集的动能，提高发电功率。

11、本技术在一较佳示例中：所述变速组件设置有若干电控离合器，所述电控离合器用于控制所述第二齿轮与所述第一齿轮之间啮合或分离，每一个所述电控离合器连接于一个所述第二齿轮，所述电控离合器电连接于所述控制器。

12、通过采用上述技术方案，变速组件设置有电控离合器，用于控制第二齿轮与第一齿轮之间的啮合/分离状态，以便在部分水力驱动轮机的动能收集效率降低时通过电控离合器分离对应第二齿轮与第一齿轮之间的啮合状态，以提高智能水力发电装置控制的自动化水平。

13、本技术在一较佳示例中：所述控制器包括：

14、转速变化图创建模块，用于基于预设的监测周期监测驱动轴的转速数据，基于转速数据和对应的采样时间节点创建转速变化图；

15、相邻转速差计算模块，用于计算当前监测周期的转速数据与上一监测周期的转速数据的差值，得到相邻转速差；

16、突变事件信息生成模块，用于将所述相邻转速差与预设的突变阈值进行比较，若所述相邻转速差的绝对值大于突变阈值，基于当前监测周期的转速数据、上一监测周期的转速数据、当前监测周期的时间信息，生成突变事件信息；

17、报警指令发送模块，用于基于所述突变事件信息生成对应的报警指令并发送至警示模块。

18、通过采用上述技术方案，基于预设的监测周期监测驱动轴的转速数据，并根据转速数据对应的采样时间节点创建转速变化图，以便分析各水力驱动轮机的动能收集情况和发电机的发电功率；计算当前监测周期转速数据与上一监测周期的转速数据的差值，得到相邻转速差，以便后续判断智能水力发电装置是否出现故障现象；将相邻转速差与预设的突变阈值进行比较，若相邻转速差的绝对值大于突变阈值，则认为智能水力发电装置发生故障，并定义为突变事件，记录当前监测周期和上一监测周期的转速数据、以及当前监测周期的时间信息，生成突变事件信息，便于后续对突变事件进行分析；基于突变事件信息生成报警指令并发送至警示模块，以便通过警示模块提示用户，便于用户对智能水力发电装置进行检修，以排除故障。

19、本技术的发明目的二采用如下技术方案实现：

20、故障检测方法，应用于上述任一项所述环保型的智能水力发电装置，包括：

21、基于预设的监测周期监测驱动轴的转速数据，基于转速数据和对应的采样时间节点创建转速变化图；

22、计算当前监测周期的转速数据与上一监测周期的转速数据的差值，得到相邻转速差；

23、将所述相邻转速差与预设的突变阈值进行比较，若所述相邻转速差的绝对值大于突变阈值，基于当前监测周期和上一监测周期的转速数据、当前监测周期的时间信息，生成突变事件信息；

24、基于所述突变事件信息生成对应的报警指令并发送至警示模块。

25、通过采用上述技术方案，基于预设的监测周期监测驱动轴的转速数据，并根据转速数据对应的采样时间节点创建转速变化图，以便分析各水力驱动轮机的动能收集情况和发电机的发电功率；计算当前监测周期转速数据与上一监测周期的转速数据的差值，得到相邻转速差，以便后续判断智能水力发电装置是否出现故障现象；将相邻转速差与预设的突变阈值进行比较，若相邻转速差的绝对值大于突变阈值，则认为智能水力发电装置发生故障，并定义为突变事件，记录当前监测周期和上一监测周期的转速数据、以及当前监测周期的时间信息，生成突变事件信息，便于后续对突变事件进行分析；基于突变事件信息生成报警指令并发送至警示模块，以便通过警示模块提示用户，便于用户对智能水力发电装置进行检修，以排除故障。

26、本技术在一较佳示例中：所述基于所述突变事件信息生成对应的报警指令并发送至警示模块，包括：

27、从所述突变事件信息中确定目标突变事件发生的监测周期，确定突变发生时间；

28、从转速变化图中获取所述突变发生时间前后若干监测周期的转速数据，分析转速数据的变化特征，确定故障类型信息；

29、基于所述故障类型信息生成对应的报警指令并发送至警示模块；

30、所述故障类型信息包括轮机断开故障、轮机堵转故障。

31、通过采用上述技术方案，当发生突变事件后，从对应的突变事件信息中取得目标突变事件发生时的监测周期，从而确定目标突变事件的发生时间，生成突变发生时间；由于水力驱动轮机发生不同的故障时，会使发电机驱动轴的转速变化情况不同，水力驱动轮机的故障类型包括柔性传动索断开所造成的轮机断开故障，还包括因水力驱动轮机因与石头、树枝等杂物接触而卡住而造成的轮机堵转故障；从转速变化图中获取突变事件发生前后若干监测周期的转速数据，通过对转速数据变化特征进行分析，从而确定故障类型；基于故障类型信息生成对应的报警指令并发送至警示模块，以便用户获知故障类型，从而提高了故障排除的效率。

32、本技术在一较佳示例中：所述方法还包括：

33、设置水流量分析周期，基于所述水流量分析周期中所有监测周期的转速数据，确定起始转速值和终止转速值，所述水流量分析周期由若干监测周期构成；

34、计算起始转速值与终止转速值的差值，得到始终转速差值；

35、若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为正值，生成轮机停用检测指令并发送至警示模块，以提示用户排查并停用发电功率异常的水力驱动轮机；

36、若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为负值，生成轮机启用检测指令并发送至警示模块，以提示用户排查并启用发电功率正常的水力驱动轮机。

37、通过采用上述技术方案，设置水流量分析周期，水流量分析周期由若干监测周期构成，获取水流量分析周期内每一监测周期的转速数据，从而将水流量分析周期内第一个监测周期的转速数据定义为起始转速值，将水流量分析周期内最后一个监测周期的转速数据定义为终止转速值；计算起始转速值与终止转速值的差值为始终转速差值，以便分析驱动轴在一个水流分析周期内的转速变化情况；若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为正值，则说明在该水流量分析周期中，部分水力驱动轮机的动能收集功率降低程度较大，生成轮机停用检测指令并发送至警示模块，以便提示用户排查动能收集功率较低的水力驱动轮机并停用，以便降低动能收集功率较低的水力驱动轮机对发电功率造成的负面影响；若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为负值，则说明在该水流量分析周期中，部分水力驱动轮机的动能收集功率增加程度较大，生成轮机启用检测指令并发送至警示模块，以便提示用户排查处于停用状态但动能收集功率较高的水力驱动轮机，启用这些水力驱动轮机，以便提高发电功率。

38、本技术在一较佳示例中：所述若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为正值，生成轮机停用检测指令并发送至警示模块之后，包括：

39、接收轮机停用信号时，获取未来一个轮机停用分析周期中所有监测周期的转速数据，所述轮机停用信号包括被停用的水力驱动轮机的标识信息；

40、若轮机停用分析周期末的转速数据相对于轮机停用分析周期初的转速数据的降幅小于预设的停用阈值，基于所述轮机停用信号生成功率异常轮机信息并发送至警示模块。

41、通过采用上述技术方案，轮机停用检测指令发出之后，当用户停用任一水力驱动轮机时，触发轮机停用信号，其中轮机停用信号包括被停用的水力驱动轮机的标识信息，以便后续确定具体被停用的水力驱动轮机，获取从接收到轮机停用信号起未来一个轮机停用分析周期中所有监测周期的转速数据，以便分析该水力驱动轮机停用后对发电机发电功率的影响；计算轮机停用分析周期末的转速数据相对于轮机停用分析周期初的转速数据的降幅，若该降幅小于预设的停用阈值，则认为该水力驱动轮机对发电机发电功率的贡献很小，甚至可能起到反作用，因而基于该轮机停用信号生成功率异常轮机信息并发送至警示模块，以便用户确认该水力驱动轮机应当停用。

42、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

43、1. 环保型的智能水力发电装置的若干水力驱动轮机用于放置在不同的水道中，以收集水流动能，转化为旋转运动的动能，柔性传动索用于将水力驱动轮机的动能传导至变速组件，由于柔性传动索能够绕开障碍物，通过柔性传动索传导动能，对水力驱动轮机的部署位置要求较低；变速组件包括一个固定连接于发电机驱动轴的第一齿轮和若干第二齿轮，第二齿轮用于连接柔性传动索，以接收动能，多个第二齿轮的设计与多个水力驱动轮机相适应，使得一个发电机可以利用多个水力驱动轮机收集的动能，降低了水力发电成本，也便于将多个水力驱动轮机的动能集中传递至第一齿轮，以驱动发电机发电；变速组件的第一齿轮和第二齿轮之间还能够起到变速的功能，第二齿轮可拆卸式连接柔性传动索，也便于在部分水道的水流量过小时，将对应水力驱动轮机的柔性传动索与第二齿轮分离，以防该水力驱动轮机消耗其他水力驱动轮机的动能，提高环保型的智能水力发电装置在枯水期时的发电功率，降低发电成本；监控组件的监测传感器用于监测所述驱动轴转速，以便分析发电功率和各水力驱动轮机的转动情况，警示模块用于在发电机或水力驱动轮机的工作状态异常时发出警示信号，控制器用于控制警示模块的工作状态。

44、2. 基于预设的监测周期监测驱动轴的转速数据，并根据转速数据对应的采样时间节点创建转速变化图，以便分析各水力驱动轮机的动能收集情况和发电机的发电功率；计算当前监测周期转速数据与上一监测周期的转速数据的差值，得到相邻转速差，以便后续判断智能水力发电装置是否出现故障现象；将相邻转速差与预设的突变阈值进行比较，若相邻转速差的绝对值大于突变阈值，则认为智能水力发电装置发生故障，并定义为突变事件，记录当前监测周期和上一监测周期的转速数据、以及当前监测周期的时间信息，生成突变事件信息，便于后续对突变事件进行分析；基于突变事件信息生成报警指令并发送至警示模块，以便通过警示模块提示用户，便于用户对智能水力发电装置进行检修，以排除故障。

45、3. 设置水流量分析周期，水流量分析周期由若干监测周期构成，获取水流量分析周期内每一监测周期的转速数据，从而将水流量分析周期内第一个监测周期的转速数据定义为起始转速值，将水流量分析周期内最后一个监测周期的转速数据定义为终止转速值；计算起始转速值与终止转速值的差值为始终转速差值，以便分析驱动轴在一个水流分析周期内的转速变化情况；若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为正值，则说明在该水流量分析周期中，部分水力驱动轮机的动能收集功率降低程度较大，生成轮机停用检测指令并发送至警示模块，以便提示用户排查动能收集功率较低的水力驱动轮机并停用，以便降低动能收集功率较低的水力驱动轮机对发电功率造成的负面影响；若始终转速差值的绝对值大于预设的水流变化阈值，且始终转速差值为负值，则说明在该水流量分析周期中，部分水力驱动轮机的动能收集功率增加程度较大，生成轮机启用检测指令并发送至警示模块，以便提示用户排查处于停用状态但动能收集功率较高的水力驱动轮机，启用这些水力驱动轮机，以便提高发电功率。