一种混流式水轮机水体共振故障判别方法和系统

技术领域

本发明属于水轮发电机安稳运行技术领域，具体涉及一种混流式水轮机水体共振故障判别方法和系统。

背景技术

为保证水轮发电机长期安全运行，一般对机组运行稳定性进行监控，基于监控数据或在线监测数据，监测机组振动、摆度、温度指标是否异常。当出现指标异常时，电站运维人员、检修人员或数据分析人员往往要进行分析判断异常产生的原因，制定相应对策，以指导故障消除，确保机组健康运行。而当振动、摆度、温度多项指标同时劣化时，对应着多种故障可能性，仅依靠采集的特征量数据对混流式水轮机水体共振故障进行准确判别目前还处于空白。本发明主要针对混流式水轮机发生异常振动和压力脉动故障的情况，对是否为水体共振故障进行快速甄别。

业内常规作法，一般通过机组异常振动、压力脉动数据，结合机组运行工况进行人为经验判断故障类别，无法对故障进行量化计算判别。在实际工程应用中，水体共振故障造成的机组振动、脉动异常多为偶发，持续时间较短，往往随负荷调整就会恢复正常，难以凭经验判断水体是否发生了共振，故障是否由水体共振所引起。

发明内容

为了解决现有数据分析工作中故障判断技术的不足，本发明提供一种混流式水轮机水体共振故障判别方法和系统，该方法能有效识别出机组异常振动、压力脉动是否由水体共振所引起。该方法操作简单，通用性强，易于推广应用。本发明通过对共振主体(水体)频率和激振力(尾水锥管压力脉动)频率的计算比对，准确判断是否发生水体共振故障，填补了传统方法无法准确判断水体共振故障的空白。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种混流式水轮机水体共振故障判别方法，包括如下步骤：

步骤(1)采集特征量并识别异常，包括混流式水轮机顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动故障时刻频谱图；以上指标幅值在稳定工况下，偶发异常增大，振动波形呈陡起陡落的形貌，判断为异常；

步骤(2)基础参数获取，包括：机组额定转速Nr、对应机组流道水体中声波传播速度V、水体沿压力波传递方向的长度L；

步骤(3)计算引水管路和导叶后环形水体固有频率，计为f

步骤(4)比对步骤(1)中顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动频谱图振动主频是否一致，通过主频换算得出激振力频率f

步骤(5)对比f

步骤(6)水体共振故障判断：

同时满足步骤(1)、步骤(4)和步骤(5)的条件，则判断为发生水体共振故障。

进一步地，步骤(1)中，顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动数据同时采集，时间坐标一致。

进一步地，步骤(2)中，声波传播速度V取值为800m/s至1400m/s。

进一步地，其特征在于，步骤(3)中，计算引水管路和导叶后环形水体固有频率的方法为：

f

其中：V为水体中声波传播速度，L为水体沿压力波传递方向的长度。

进一步地，步骤(4)中，通过主频换算得出激振力频率f

f

其中：Nr为机组额定转速，Nr/60为转频。

进一步地，步骤(5)中，对比f

|f

进一步地，步骤(5)中，是否一致是指f

本发明还涉及的一种混流式水轮机水体共振故障判别系统，包括采集器和处理器，采集器，采集器采集特征量和基础参数，处理器根据上述的方法进行故障判别。

本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述方法的步骤。

目前，混流式水轮机在不同工况下普遍存在尾水压力脉动增大、振动摆度异常的情况，成因及影响因素繁多复杂，给专业技术人员分析识别故障本因带来困扰，与现有技术相比，本发明有益效果为：

本发明有利于专业技术人员更好的认识水轮机流道中的水体共振现象，掌握水体共振及其引起的压力脉动的基本规律，进一步指导研究消除或控制它们及其影响的途径和措施。

本发明可以结合混流式水轮机过流部件的固有频率测量计算，与水体频率做对比，有助于过流部件共振故障分析处理。

本发明方法可以用各种数据分析工具、编程工具实现固化，有助于专业技术人员更好地开展混流式水轮机数据分析、健康评估、重大技改及状态检修相关的研究工作，通用性强，易于推广应用。本发明实现了混流式水轮机水体共振故障准确判别，目前业内为首创。

附图说明

图1是本发明实施例方法的流程图；

图2是本发明实施例采集的顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动实时数据；

图3是本发明实施例的顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动频谱图；

图4是本发明实施例的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

实施例1

如图1所示，本实施例的混流式水轮机水体共振故障判别方法，针对某电站4台混流式机组均存在垂直振动、压力脉动偶发性异常波动情况，波动期间4台机组顶盖垂直振动、上机架垂直振动、下机架垂直振动、尾水锥管压力脉动同步上升，幅度较大，振动波形呈陡起陡落的形貌。包括如下步骤：

步骤(1)采集顶盖垂直振动峰峰值(单位：微米μm)、上机架垂直振动峰峰值(单位：微米μm)、下机架垂直振动峰峰值(单位：微米μm)、尾水锥管压力脉动(单位：千帕k Pa)实时数据，根据框线内波形可以看出上机架、下机架、顶盖垂直振动和尾水锥管压力脉动同步上升，呈陡起陡落形貌。如图2所示。

步骤(2)基础参数获取，包括：机组额定转速Nr、对应机组流道水体中声波传播速度V、水体沿压力波传递方向的长度L：

Nr＝100rad/min，V＝900m/s，L＝173.229m(压力钢管入口至末端的流经长度)

本案例中声波在水体中传播速度V根据电站实际选取900m/s。

步骤(3)计算引水管路水体和导叶后环形水体固有频率f

f

步骤(4)比对步骤(1)中顶盖垂直振动峰峰值、上机架垂直振动峰峰值、下机架垂直振动峰峰值、尾水锥管压力脉动频谱图，发现振动主频皆为0.75X，换算得出激振力频率f

f

步骤(5)对比f

|f

步骤(6)进行判断：步骤(1)、步骤(4)和步骤(5)的条件同时满足，判断发生了水体共振故障，其激振力(源)为尾水锥管压力脉动，共振主体为引水管路水体。

实施例2

如图4所示，为了实现实施例1的方法，本实施例还提供一种混流式水轮机水体共振故障判别，包括采集器、处理器、显示器和存储器，采集器、处理器、显示器和存储器均为现有产品。采集器采集特征量和基础参数，可以从混流式水轮机的控制系统采集，处理器按上述的方法进行判断。显示器可以显示采集的原始数据、计算过程和结果。存储器可以存储原始数据和最终结果。

实施例3

本实施例还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

实施例4

本实施例还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。