基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法及系统，首先结合水轮机模型分析在各运行区域下的运行特点；获取水轮机真机运行状态实时数据，通过水电机组在线监测系统分析统计运行时的状态量；通过对水轮机转轮的静应力进行有限元分析，核查转轮在各种工况下最大静应力数值和部位；然后对水轮机进行动应力测试，分析和评估动态应力和转轮运行寿命；测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验，最后获取水轮机各重要部位的参数，评估出机组运行的振动区和稳定运行区；最大限度的保证机组运行安全，避免转轮裂纹产生延长检修周期，提高水轮机的安全稳定性，保证机组的安全经济运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水轮机运行控制领域，尤其涉及一种基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化方法。
技术介绍
现有的水轮发电机组投产后，开展机组稳定性试验，划分机组振动区和高效运行区，为水轮机运行提供依据。该技术较为简单和单一，不能真实反映水头有较大变化下的各运行区域的变化，不能真正测试出转轮承受的应力，造成水轮机在长时间运行中转轮产生裂纹，对水轮机安全稳定运行造成严重危害。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题是提供一种水轮机实时运行过程中如何使得水轮机在较大变化下能安全稳定运行的优化控制方法，解决了水轮机在水头有较大变化下的长时间运行造成转轮裂纹的现象。(二)技术方案本专利技术的目的是提供一种基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的一种基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法，包括以下步骤：S1：根据水轮机设计过程中的模型试验并获取原型机的性能指标数据，记录和分析原型机的运行工况点数据；S2：监测真机组并获取水轮机在各种工况下的运行状态实时数据；S3：根据运行状态实时数据对运行水轮机转轮进行有限元分析，得到水转轮的静态应力和静应力最大的部位和数值；S4：对水轮机的转轮进行动应力测试，获取转轮在各种实际工况下的动态应力，确定真机组的动应力区；S5：测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验和效率试验，获取水轮机的实际运行参数值，并确定机组运行的振动区和稳定运行区；S6：根据步骤S4获得的动应力区和实际运行参数值确定机组的禁止运行区和限制运行区；S7：根据机组运行的禁止运行区、限制运行区、振动区和稳定运行区四个区域，判断机组的运行区，如果运行区处于禁止运行区和振动区，则调整机组运行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；如果运行区处于限制运行区，则按照预设运行时间并调整机组运行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；如果运行区处于稳定运行区，则保持机组的运行状态。进一步，所述步骤S1中的性能指标数据包括原型机的效率出力、空化空蚀、压力脉动、轴向水推力和导叶水力矩。进一步，所述步骤S2中的水轮机的运行状态实时数据是从机组状态监测系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和效率数据。进一步，所述步骤S2中的水轮机运行状态实时数据是从机组状态监测系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和效率数据；所述静应力最大的部位和数值是通过绘制出转轮叶片的静应力分布图来确定静应力最大的部位和数值。进一步，所述步骤S4中的各种实际工况下的动态应力包括启动、空载、部分负荷、满负荷和甩负荷过渡过程的动态应力；所述水轮机的实际运行参数值包括轴承振动值、摆度值、压力脉动和噪声数据。本专利技术还提供了一种基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化系统，包括模型试验性能指标数据模块、真机组运行状态实时数据模块、水轮机转轮有限元分析模块、水轮机动应力测试模块、水轮机实际运行参数值模块、机组运行区确定模块和机组运行区判断调整模块；所述真机组运行状态实时数据模块，用于监测真机组并获取水轮机在各种工况下的运行状态实时数据；所述水轮机转轮有限元分析模块，用于根据运行状态实时数据对运行水轮机转轮进行有限元分析，得到水转轮的静态应力和静应力最大的部位和数值；所述水轮机动应力测试模块，用于对水轮机的转轮进行动应力测试，获取转轮在各种实际工况下的动态应力，确定真机组的动应力区；所述水轮机实际运行参数值模块，用于测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验和效率试验；所述机组运行区确定模块，用于根据动应力区和实际运行参数值来确定机组的禁止运行区和限制运行区；并通过水轮机的实际运行参数值，并确定机组运行的振动区和稳定运行区；所述机组运行区判断调整模块，根据机组运行的禁止运行区、限制运行区、振动区和稳定运行区四个区域，判断机组的运行区，如果运行区处于禁止运行区和振动区，则调整机组运行工况和调整AGC分配策略；如果运行区处于限制运行区，则按照预设运行时间并调整机组运行工况和调整AGC分配策略；如果运行区处于稳定运行区，则保持机组的运行状态。进一步，所述模型试验性能指标数据模块中的性能指标数据包括原型机的效率出力、空化空蚀、压力脉动、轴向水推力和导叶水力矩。进一步，所述真机组运行状态实时数据模块中的水轮机的运行状态实时数据是从机组状态监测系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和效率数据。进一步，所述真机组运行状态实时数据模块中的水轮机运行状态实时数据是从机组状态监测系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和效率数据；所述静应力最大的部位和数值是通过绘制出转轮叶片的静应力分布图来确定静应力最大的部位和数值。进一步，所述水轮机动应力测试模块中的各种实际工况下的动态应力包括启动、空载、部分负荷、满负荷和甩负荷过渡过程的动态应力；所述水轮机的实际运行参数值包括轴承振动值、摆度值、压力脉动和噪声数据。(三)有益效果与现有技术和产品相比，本专利技术有如下优点：本专利技术通过对水轮机模型试验和真机运行的研究，结合转轮静、动应力测试结果，并开展全水头全负荷段的稳定性试验和能量试验，生产人员开展运行方式优化，确定机组运行的禁止运行区、限制运行区、振动区、稳定运行区。针对不同运行区域，电厂可以水轮机对运行方式的优化，采取不同的运行策略，最大限度的保证机组运行安全，避免转轮裂纹产生延长检修周期，提高水轮机的安全稳定性，保证机组的安全经济运行。利用该基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化方法，可以优化机组运行方式，改变开机规律降低开机过程中动应力集中现象，延长转轮使用寿命。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化系统图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供的一种基于动应力测试和稳定性试验的水轮机运行优化方法，包括以下步骤：S1：根据水轮机设计过程中的模型试验获取模型水轮机及换算得到的原型机的效率出力、空化空蚀、压力脉动、轴向水推本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据水轮机设计过程中的模型试验并获取原型机的性能指标数据，记录和分析原型机的运行工况点数据；S2：监测真机组并获取水轮机在各种工况下的运行状态实时数据；S3：根据运行状态实时数据对运行水轮机转轮进行有限元分析，得到水转轮的静态应力和静应力最大的部位和数值；S4：对水轮机的转轮进行动应力测试，获取转轮在各种实际工况下的动态应力，确定真机组的动应力区；S5：测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验和效率试验，获取水轮机的实际运行参数值，并确定机组运行的振动区和稳定运行区；S6：根据步骤S4获得的动应力区和实际运行参数值确定机组的禁止运行区和限制运行区；S7：根据机组运行的禁止运行区、限制运行区、振动区和稳定运行区四个区域，判断机组的运行区，如果运行区处于禁止运行区和振动区，则调整机组运行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；如果运行区处于限制运行区，则按照预设运行时间并调整机组运行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；如果运行区处于稳定运行区，则保持机组的运行状态。

【技术特征摘要】
1.基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法，其特征在于，包括
以下步骤：
S1：根据水轮机设计过程中的模型试验并获取原型机的性能指标数据，记录
和分析原型机的运行工况点数据；
S2：监测真机组并获取水轮机在各种工况下的运行状态实时数据；
S3：根据运行状态实时数据对运行水轮机转轮进行有限元分析，得到水转轮
的静态应力和静应力最大的部位和数值；
S4：对水轮机的转轮进行动应力测试，获取转轮在各种实际工况下的动态应
力，确定真机组的动应力区；
S5：测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验和效率试验，获取水轮机的实
际运行参数值，并确定机组运行的振动区和稳定运行区；
S6：根据步骤S4获得的动应力区和实际运行参数值确定机组的禁止运行区
和限制运行区；
S7：根据机组运行的禁止运行区、限制运行区、振动区和稳定运行区四个区
域，判断机组的运行区，如果运行区处于禁止运行区和振动区，则调整机组运
行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；如果运行区处于限制运行区，则
按照预设运行时间并调整机组运行工况和调整AGC分配策略，并返回步骤S2；
如果运行区处于稳定运行区，则保持机组的运行状态。
2.根据权利要求1所述的基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方
法，其特征在于，所述步骤S1中的性能指标数据包括原型机的效率出力、空化
空蚀、压力脉动、轴向水推力和导叶水力矩。
3.根据权利要求1所述的基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方
法，其特征在于，所述步骤S2中的水轮机的运行状态实时数据是从机组状态监
测系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和
效率数据。
4.根据权利要求1所述的基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方
法，其特征在于，所述步骤S2中的水轮机运行状态实时数据是从机组状态监测
系统、气隙间隙系统或振摆保护系统中获取的轴承振动、摆度、压力脉动和效
率数据；
所述静应力最大的部位和数值是通过绘制出转轮叶片的静应力分布图来确
定静应力最大的部位和数值。
5.根据权利要求1所述的基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方
法，其特征在于，所述步骤S4中的各种实际工况下的动态应力包括启动、空载、
部分负荷、满负荷和甩负荷过渡过程的动态应力；
所述水轮机的实际运行参数值包括轴承振动值、摆度值、压力脉动和噪声数
据。
6.基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化系统，其特征在于，包括
模型试验性能指标数据模块、真机组运行状态实时数据模块、水轮机转轮有限
元分析模块、水轮机动应力测试模块、水轮机实际运行参...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐徳新，郑雪筠，曹一凡，刘启文，赵晓嘉，王远洪，张晓东，张鹤鸣，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，
类型：发明
国别省市：云南;53