基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法，其包括：根据无励时刻1X分量振动矢量和空载条件1X分量振动矢量计算励磁前后定转子偏心引起的振动、摆度变化量ΔA1X；根据无励时刻2X‑8X分量振动矢量和空载条件2X‑8X分量振动矢量计算励磁前后转子不圆引起的振动、摆度变化量ΔA2X_8X；根据无励时刻摆度间隙值Save和空载条件摆度间隙值Sul_ave计算励磁前后定子不圆引起的摆度间隙变化量ΔSave；根据ΔSave计算励磁前后定子不圆引起的轴系偏移方位ΔΦave；如果ΔA1X≥ΔAl_1X，判断存在定转子偏心故障；如果ΔA2X_8X≥ΔAl_2X_8X，判断存在转子不圆故障；如果ΔSave≥ΔSl_ave，判断存在定子不圆故障，且定子不圆最突出方位在ΔΦave处。本发明专利技术能够根据在线数据实时自动分析判断出磁拉力不平衡故障，并自动出具分析诊断报告。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子领域，尤其涉及到一种基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法。
技术介绍
水电机组运行状态的实时诊断直接关系到水电站的安全稳定运行、电力质量和电力生产成本等重要的经济效益指标，其社会效益巨大。随着电站规模和监测辅助系统的不断扩大，机组的控制和监测数据信息量越来越大，运行操作人员对机组运行状态的实时有效监控、对设备故障做出迅速而准确地判断变得越来越困难，因此，研究开发智能水电机组故障诊断系统是非常必要的。水电机组在运行过程中难免发生各种各样的异常情况，同一异常现象可能有不同的产生原因，并且出现的故障具有随机性，其中许多事电站工作人员无法预先、直接检测到的，一般要根据工作人员的个人经验和对监测数据的分析来查找故障发生的原因及部位，因而有一定的主观性和局限性。因此，为保障水电机组的正常安全运行，对其运行状态进行检测，及时发现故障征兆，做到“预测性检修”防患于未然是工程界梦寐以求的理想，也是大型电站机组检修的发展方向。水轮发电机组故障诊断是近几年兴起的一门识别机组运行状态的科学，是一个复杂的综合系统，涉及的专业范围广。及时准确地诊断出水电机组的状态和故障，对提高水电机组工作稳定性、安全可靠性具有重大意义。传统水轮发电机组的故障诊断主要有以下4种方法：(1)基于信号处理的诊断方法基于信号处理的诊断方法是各种诊断方法的基础和前提，作为一种传统的故障诊断方法，根据系统可测信号的特征值，如幅值、相位、频率、方差等，以及信号之间的相关性，与故障源之间存在的某种关系，通过信号处理和特征提取，找出其与故障源之间的映射关系来进行运行设备的故障诊断。目前常用的信号处理方法包括时域分析法、频域分析法、时频域分析法等。(2)基于解析模型的诊断方法基于解析模型的诊断方法是以控制理论为基础的诊断方法。把设备看成一个具有一定输入、输出关系的动态系统，根据系统的输入，输出关系建立数学表达或解析表达模型，利用观测器、滤波器、等价空间方程、参数模型估计与辨识等方法产生残差，根据模型的残差来判断发生故障的可能性。水电机组是一个复杂的非线性时变系统，建立比较准备的数学模型往往很难得到，这也限制了基于解析模型的诊断方法在水电机组故障诊断的应用。目前常用的解析模型方法包括参数估计方法、状态估计方法、等价空间方法等。(3)经验知识的诊断方法涉及研究领域的知识表达、处理和应用的方法，统称为基于知识的诊断方法，如故障征兆树方法、专家系统方法等，他们的特点是将专业知识通过语义和框架的方式进行表达，故障的诊断则采用推理和推理过程进行，如产生式规则推理、逻辑推理、模糊知识推理等。目前常用的经验知识的诊断方法包括符号有向图分析方法、故障树分析方法、专家系统诊断法等。(4)基于数据驱动的诊断方法基于数据驱动的故障诊断方法就是利用设备长期积累的在线或离线的状态数据，而不需要精确的数学解析模型，应用统计分析模式进行识别，神经网络技术或支持向量机模型分类等方法，通过数据学习和建模，将设备状态进行识别和分类，最终得到系统可能存在的故障。目前常用的数据驱动方法包括神经网络诊断方法、支持向量机诊断方法、统计分析诊断方法、模糊诊断方法等。水轮发电机组正常运行时，转子在均匀磁场中运行，定子和转子之间的气隙均匀。此时定转子径向各点所受的磁拉力是均匀的，其在径向上所受合力为零。这种均匀的磁拉力对定转子的刚度有加强作用。由于制造质量或安装不当将造成定转子相对偏心或运行时转子励磁绕组故障而产生不平衡磁拉力。磁拉力不平衡引起的故障对电机的运行产生较大的影响，将会导致系统产生振动和噪声，引起转轴挠度增大和机组振动等问题，严重时使机组无法正常运行。因此，如何比较准确方便地计算水轮发电机不同工况下的磁拉力不平衡，对于机组设计和转轴振动分析都是十分重要的。国内在故障诊断技术方面的研究起步较晚，二十世纪70年代末开始研究和尝试应用诊断技术，二十世纪90年代开始进行智能化故障诊断的研究工作，研究方法集中在模糊逻辑法、故障树分析法、专家系统技术、人工神经网络技术等，其中专家系统技术和神经网络技术是应用的热点。许多监测诊断系统也开始投入使用，但大都集中在汽轮机以及其他旋转机械设备的监测与故障诊断，针对水电机组的应用很少。这主要由于水电机组转速低，对机组的安全运行没有给予足够的重视，使得水电机组在线监测和故障诊断技术的研究落后于其他(大型)旋转机械。在水轮发电机组中，磁拉力不平衡的传统算法是利用经验公式及人工分析，根据结构型式不同而得出。这种方法是将不均匀磁拉力简化成与偏心率成正比的线性关系，对各不平衡磁拉力的计算进行分析和对比，这种方法的误差较大，无法精确计算。后来又出现了有限元数值法计算这种不平衡磁拉力，这种算法是基于当定转子相对偏心时，气隙磁密将随气隙的变化而变化，同时磁拉力也随之变化。这种算法比传统经验算法更准确一些，但使实际应用时很不方便。尤其对于大型水轮发电机组，由于定子槽数及转子磁极较多，使有限元计算受到很多限制。另外，传统的水轮发电机组磁拉力不平衡故障的分析方法，面向的是通频范围内的检测，并不能针对不同工况、不同的频域范围区间的数值进行分析。因此，对磁拉力不平衡的故障描述也无法达到清晰和准确。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术的目的是采用参数辨识的方法，建立数学模型，系统从在线监测数据中自动选择可以反映磁拉力不平衡故障的特征参数，来辨识系统是否存在磁拉力不平衡故障，并完成自动绘制趋势图及相关趋势图等特性曲线，自动出具分析诊断报告，以此来实现对水轮发电机组磁拉力不平衡故障的自动分析诊断功能。本专利技术提供一种基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法，其包括以下步骤：选取最近一次开机过程或停机过程的在线记录数据；根据励磁电流值或者机组转速测值，选择无励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的无励时刻1X分量振动矢量无励时刻2X-8X分量振动矢量以及无励时刻摆度间隙值Save；根据励磁电流值或者发电机出口开关，选择投励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的空载条件1X分量振动矢量空载条件2X-8X分量振动矢量以及空载条件摆度间隙值Sul_ave；根据无励时刻1X分量振动矢量和空载条件1X分量振动矢量计算励磁前后定转子偏心引起的振动、摆度变化量ΔA1X；根据无励时刻2X-8X分量振动矢量和空载条件2X-8X分量振动矢量计算励磁前后转子不圆引起的振动、摆度变化量ΔA2X_8X；根据无励时刻摆度间隙值Save和空载条件摆度间隙值Sul_ave计算励磁前后定子不圆引起的摆度间隙变化量ΔSave；根据ΔSave计算励磁前后定子不圆引起的轴系偏移方位ΔΦave；如果ΔA1X≥ΔAl_1X，判断存在定转子偏心故障；如果ΔA2X_8X≥ΔAl_2X_8X，判断存在转子不圆故障；如果ΔSave≥ΔSl_ave，判断存在定子不圆故障，且定子不圆最突出方位在ΔΦave处。优选的是，所述的基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法中，ΔSave＝Sul_ave-Save优选的是，所述的基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：选取最近一次开机过程或停机过程的在线记录数据；根据励磁电流值或者机组转速测值，选择无励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的无励时刻1X分量振动矢量无励时刻2X‑8X分量振动矢量以及无励时刻摆度间隙值Save；根据励磁电流值或者发电机出口开关，选择投励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的空载条件1X分量振动矢量空载条件2X‑8X分量振动矢量以及空载条件摆度间隙值Sul_ave；根据无励时刻1X分量振动矢量和空载条件1X分量振动矢量计算励磁前后定转子偏心引起的振动、摆度变化量ΔA1X；根据无励时刻2X‑8X分量振动矢量和空载条件2X‑8X分量振动矢量计算励磁前后转子不圆引起的振动、摆度变化量ΔA2X_8X；根据无励时刻摆度间隙值Save和空载条件摆度间隙值Sul_ave计算励磁前后定子不圆引起的摆度间隙变化量ΔSave；根据ΔSave计算励磁前后定子不圆引起的轴系偏移方位ΔΦave；如果ΔA1X≥ΔAl_1X，判断存在定转子偏心故障；如果ΔA2X_8X≥ΔAl_2X_8X，判断存在转子不圆故障；如果ΔSave≥ΔSl_ave，判断存在定子不圆故障，且定子不圆最突出方位在ΔΦave处。...

【技术特征摘要】
1.基于在线数据的水轮发电机组磁拉力不平衡故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：选取最近一次开机过程或停机过程的在线记录数据；根据励磁电流值或者机组转速测值，选择无励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的无励时刻1X分量振动矢量无励时刻2X-8X分量振动矢量以及无励时刻摆度间隙值Save；根据励磁电流值或者发电机出口开关，选择投励磁条件下原始时域波形记录，通过FFT变换，计算获得上机架振动、定子铁芯振动、摆度的空载条件1X分量振动矢量空载条件2X-8X分量振动矢量以及空载条件摆度间隙值Sul_ave；根据无励时刻1X分量振动矢量和空载条件1X分量振动矢量计算励磁前后定转子偏心引起的振动、摆度变化量ΔA1X；根据无励时刻2X-8X分量振动矢量和空载条件2X-8X分量振动矢量计算励磁前后转子不圆引起的振动、摆度变化量ΔA2X_8X；根据无励时刻摆度间隙值Save和空载条件摆度间隙值Sul_ave计算励磁前后定子不圆引起的摆度间隙变化量ΔSave；根据ΔSave计算励磁前后定子不圆引起的轴系偏移方位ΔΦave；如果ΔA1X≥ΔAl_1X，判断存在定转子偏心故障；如果ΔA2X_8X≥ΔAl_2X_8X，判断存在转子不圆故障；如果ΔSave≥ΔSl_ave，判断存在定子不圆故...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏疆东，任继顺，汪洋，何继全，张民威，
申请(专利权)人：北京中元瑞讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11