[发明专利]抽水蓄能机组顶盖螺栓受力监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力监测技术领域，特别涉及一种抽水蓄能机组顶盖螺栓受力监测装置及方法。

背景技术

抽水蓄能机组(在电力负荷低谷时将剩余电能转化为机械能，把下库水抽至上水库；在电力负荷高峰期通过放水将上库水的势能转化为电能的发电抽水装置)反应迅速、运行方式灵活，在电力系统中有调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能，为电网的安全稳定及经济运行发挥了重要作用。此外，随机性、间歇性新能源大规模的开发需要抽水蓄能电站来进行消纳和存储。这就使得抽水蓄能电站迎来了良好的发展机遇。近年来，抽水蓄能电站建设的速度加快，在研、在设、在建及运行的抽水蓄能电站总数量和总机组数量不断扩大。

抽水蓄能机组具有水头高与转速快的特点，机组运行时，顶盖承受较大的水压力动载荷，尤其是过渡过程，顶盖受到水锤压力波的冲击(如图1所示，某抽水蓄能机组甩负荷过程)，若顶盖螺栓(将顶盖与底环连接在一起的螺栓)连接不紧固、存在疲劳破坏现象或螺栓强度不够，则可能会出现螺栓断裂，顶盖被掀起，从而出现抽水蓄能机组被破坏，甚至水淹厂房的严重事故，造成巨大的生命财产损失。

目前，抽水蓄能电站正朝着数字化智能型的方向发展，无人值班或少人值守是发展方向。因此，非常有必要对机组关键部件顶盖连接螺栓进行受力在线监测。现有的可以利用呈环柱体的弹性垫圈的变形来判断螺母与螺栓的紧固状态，其测量原理如图2所示：

通过粘贴在弹性垫圈上的测试应变片的变形来测量螺母与螺栓之间的紧固力。在拧紧螺栓的过程中，按照预置的拧紧圈数间隔读取并记录测试应变片测得的信号数据，建立拧紧圈数和信号数据值之间的关系，直至螺栓被完全拧紧。当测试应变片测得的信号数据小于预设的阈值时(螺栓被完全拧紧对应信号数据的0.8～0.9倍)，认为螺母的紧固状态出现了问题。

采用该方法存在以下缺点：(1)测试应变片的应变与螺栓受力不能建立直接对应关系，不能根据测试应变片的应变来监测螺栓的受力情况。(2)紧固螺栓用的呈环柱体弹性垫圈需要额外设计加工，会增加较多的加工成本。(3)水车室顶盖处的温度昼夜、夏冬季节变化较大，测量应变片会产生温漂，从而影响测量准确度。

发明内容

本发明实施例提供了一种抽水蓄能机组顶盖螺栓受力监测装置，采用压电式力传感器可以直接测得顶盖螺栓的受力值，从而可以对抽水蓄能机组顶盖螺栓受力进行监测，该压电式力传感器无需额外设计且不存在温漂，可以提高测量准确度。该抽水蓄能机组顶盖螺栓受力监测装置包括：压电式力传感器、信号调理装置、数据采集处理装置；

其中，所述压电式力传感器套装于顶盖螺栓上；所述压电式力传感器与所述信号调理装置连接；所述信号调理装置与所述数据采集处理装置连接；

所述压电式力传感器用于实时测量顶盖螺栓的受力值；

所述信号调理装置用于将所述顶盖螺栓的受力值转换成受力信号；

所述数据采集处理装置用于采集所述受力信号，将所述受力信号与预存的受力信号进行比较，根据比较结果确定顶盖螺栓的异常状态。

在一个实施例中，所述数据采集处理装置具体用于：

对所述受力信号进行时频域分析，获得第一时频域分析结果；

对预存的受力信号进行时频域分析，获得第二时频域分析结果；

将第一时频域分析结果与第二时频域分析结果进行比较，当第一时频域分析结果中的受力数值大于第二时频域分析结果中的受力数值，或，第一时频域分析结果中的主要频率成分与第二时频域分析结果中的主要频率成分不同时，确定顶盖螺栓处于异常状态；当第一时频域分析结果与第二时频域分析结果一致时，确定顶盖螺栓处于正常状态。

在一个实施例中，还包括：与所述数据采集处理装置连接的报警装置；

所述数据采集处理装置还用于：当第一时频域分析结果中的受力数值大于第二时频域分析结果中的受力数值，或，第一时频域分析结果中的主要频率成分与第二时频域分析结果中的主要频率成分不同时，产生报警指令，并将所述报警指令发送至所述报警装置；

所述报警装置用于：接收所述报警指令，并根据所述报警指令发出报警信号。

在一个实施例中，所述报警装置为语音报警装置或蜂鸣器。

在一个实施例中，所述数据采集处理装置还用于：当第一时频域分析结果中的受力数值大于第二时频域分析结果中的受力数值，或，第一时频域分析结果中的主要频率成分与第二时频域分析结果中的主要频率成分不同时，发出报警信号。

在一个实施例中，所述压电式力传感器还用于：测量顶盖螺栓在拧紧过程中的拧紧力。