一种用于水冷却系统的故障监测方法及系统与流程

本发明属于水冷却系统，具体地，涉及一种用于水冷却系统的故障监测方法及系统。

背景技术：

1、柔性直流换流站、大功率风力发电机组、海上平台等大功率电力电子设备由于电功率密度和热功率密度高、散热量大、绝缘要求高，一般采用水冷却系统进行冷却换热。通过水作为介质将大功率电力电子器件的热损耗带到室外与空气或水进行热交换，使器件在最佳温度范围内工作。水冷却系统的健康状况直接影响着大功率电力电子器件的稳定运行。对其关键部件的状态进行在线监测，进而建立关键部件的健康指标，可以及时发现设备潜在安全隐患，对于系统安全稳定运行有重大意义。

2、现有技术中，水冷却系统故障检测回路存在检测隐患，比如，通过检测变送器的输出信号是否在4ma-20ma范围内，判断变送器或传感器是否失效，但是当传感器在4ma-20ma范围内测量异常时，无法立即确定传感器是否故障，无法正确判断流量或压力传感器或变送器是否故障，无法判断传感器因何种原因导致产生误差，不利于监测数据的准确性和故障判断，容易造成水冷却系统的控制运行产生偏差，直接影响着大功率电力电子器件的稳定运行。当流量或压力传感器和变送器数据不准确时，维护人员无法及时从反馈数据中准确分析。再比如，通过增加若干个传感器辅助检测，以避免单一传感器故障或误差导致的系统控制失效，但该方式需要安装多个传感器，成本较高，且传感器安装对于管路有一定要求，在一些较短的管路无法满足安装多个传感器的条件。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于水冷却系统的故障监测方法及系统，为判断流量或压力传感器以及变送器的测量情况是否准确，以及判断流量或压力传感器及变送器是否故障，考虑系统成本，利用其它传感器的测量值，通过理论计算分析，达到使用已有传感器辅助检测其他传感器的故障情况，达到检测传感器和变送器健康状况的目的。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明一方面提出了一种用于水冷却系统的故障监测方法，包括：

4、步骤1，基于水力计算当量阻力法，拟合流量实际变化率与压力差实际变化率之间的关系，得到压力差变化率的预测模型；

5、步骤2，将压力差实际变化率输入压力差变化率的预测模型中，得到流量预测变化率；

6、步骤3，在预设时段内，获取流量预测变化率与流量实际变化率的流量差值，根据流量差值与设定阈值的大小关系确定水冷却系统中设备的健康度。

7、优选地，步骤1中，在预设时间间隔内，利用处于被冷却部分与水泵之间的流量传感器获取流量，利用在外冷部分到被冷却部分之间两个的压力传感器获取压力差；其中，一个预设时间间隔为一个周期，预设时间间隔取值范围为1至30s；

8、计算每个周期内的流量实际变化率与压力差实际变化率。

9、优选地，在预设时间间隔内，以如下关系式计算每周期内压力差实际变化率：

10、

11、式中，

12、ki为第i周期内压力差实际变化率，

13、δpi+1为第i+1周期内压力差，

14、δpi为第i周期内压力差，

15、gi+1为第i+1周期内流量，

16、gi为第i周期内流量；

17、优选地，在预设时间间隔内，以如下关系式计算每周期内流量实际变化率：

18、

19、式中，

20、li为第i周期内流量实际变化率。

21、优选地，压力差变化率的预测模型满足如下关系式：

22、ki＝li(li+2)

23、式中，

24、ki为第i周期内压力差实际变化率，

25、li为第i周期内流量实际变化率。

26、优选地，步骤3包括：

27、步骤3.1，计算第i周期内流量预测变化率与流量实际变化率li的流量差值；并在预设时段内，计算各周期流量差值的平均值；

28、步骤3.2，若平均值小于第一预设差值阈值，则输出健康度为1度；若平均值大于第二预设差值阈值，则判断水冷却系统中设备异常并提示立即检修；若平均值大于等于第一预设差值阈值且小于等于第二预设差值阈值，则执行步骤3.3；

29、步骤3.3，若平均值小于第一预设健康度阈值，则输出健康度为2度；若平均值大于第二预设健康度阈值，则输出健康度为3度；若平均值大于等于第一预设健康度阈值且小于等于第二预设健康度阈值，则输出健康度为4度；

30、步骤3.4，以输出的健康度作为水冷却系统中设备的健康度。

31、优选地，步骤3.1中，预设时段取值为5至10min。

32、优选地，第一预设差值阈值为0.05，第二预设差值阈值为0.35；第一预设健康度阈值为0.15，第二预设健康度阈值为0.25。

33、优选地，水冷却系统中设备包括：流量传感器，流量传感器的变送器，压力传感器，压力传感器的变送器。

34、优选地，健康度为1度时，水冷却系统中设备正常；

35、健康度为2度时，将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至75％；若当年的水冷却系统中设备使用年限已小于缩短后的使用寿命，则提示立即更换水冷却系统中设备，否则下次检修时提示更换水冷却系统中设备；

36、健康度为3度时，将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至60％；若当年的水冷却系统中设备使用年限已小于缩短后的使用寿命，则提示立即更换水冷却系统中设备，否则下次检修时提示更换水冷却系统中设备；

37、健康度为4度时，将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至50％；若当年的水冷却系统中设备使用年限已小于缩短后的使用寿命，则提示立即更换水冷却系统中设备，否则下次检修时提示更换水冷却系统中设备。

38、本发明另一方面还提出了一种用于水冷却系统的故障监测系统，用于实现用于水冷却系统的故障监测方法，系统包括：采集模块，预测模型模块，故障监测模块，检修提示模块。

39、采集模块包括：处于被冷却部分与水泵之间的流量传感器，在外冷部分到被冷却部分之间两个的压力传感器；采集模块，用于在预设时间间隔内利用处于被冷却部分与水泵之间的流量传感器获取流量，利用在外冷部分到被冷却部分之间两个的压力传感器获取压力差；并计算每个周期内的流量实际变化率与压力差实际变化率；

40、预测模型模块，用于基于水力计算当量阻力法，拟合流量实际变化率与压力差实际变化率之间的关系，得到压力差变化率的预测模型；并将采集模块获取的压力差实际变化率输入压力差变化率的预测模型中，得到流量预测变化率；

41、故障监测模块包括：健康度判别单元，使用寿命记录单元；

42、健康度判别单元，用于在预设时段内，获取流量预测变化率与流量实际变化率的流量差值，根据流量差值与设定阈值的大小关系确定水冷却系统中设备的健康度；其中，若平均值小于第一预设差值阈值，则输出健康度为1度；若平均值大于第二预设差值阈值，则判断水冷却系统中设备异常并提示立即检修；若平均值大于等于第一预设差值阈值且小于第一预设健康度阈值，则输出健康度为2度；若平均值大于第二预设健康度阈值且小于等于第二预设差值阈值，则输出健康度为3度；若平均值大于等于第一预设健康度阈值且小于等于第二预设健康度阈值，则输出健康度为4度；

43、使用寿命记录单元，用于根据健康度判别单元的输出，更新水冷却系统中设备使用寿命的记录；其中，当健康度判别单元输出的健康度为1度时，使用寿命记录单元无需更新水冷却系统中设备使用寿命的记录；当健康度判别单元输出的健康度为2度时，使用寿命记录单元将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至75％并更新对应的记录；当健康度判别单元输出的健康度为3度时，使用寿命记录单元将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至60％并更新对应的记录；当健康度判别单元输出的健康度为4度时，使用寿命记录单元将水冷却系统中设备的使用寿命缩短至50％并更新对应的记录；

44、检修提示模块，用于当故障监测模块判断水冷却系统中设备异常时，输出立即检修的提示；还用于当寿命记录单元的记录小于当年的水冷却系统中设备使用年限时输出更换水冷却系统中设备的提示，当寿命记录单元的记录不小于当年的水冷却系统中设备使用年限时输出下次检修时更换水冷却系统中设备的提示。

45、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过使用系统中原有的压力传感器和流量传感器的测量值以及数学拟合方法获得预测模型，并利用预测模型进行理论计算分析，在不增加成本的同时满足检测传感器是否故障，更能检测出传感器是否存在误差较大的情况。可以排除由于变送器故障或信号新松脱导致的错误故障信息，提高系统传感器故障监测精度，保证系统平稳运行。