[发明专利]一种基于小波理论的水轮机运转状态判定方法

说明书

本发明提出了一种基于小波理论的水轮机运转状态判定方法，包括以下步骤：步骤1、利用小波变换对压力脉动信号进行去噪，获得压力脉动重构信号，所述压力脉动重构信号分为8层得到9个不同频段的波形；步骤2、采用各频段压力脉动信号的标准差来表示相应频段信号能量的大小，利用小波的能量量纲即內积定理对压力脉动重构信号进行计算，得到各频段从低频到高频各个频段所对应的能量；步骤3、计算各个频段所对应的能量占总能量的百分比；步骤4、根据各个频段所对应的能量和各个频段所对应的能量占总能量的百分比来判定水轮机所处的运转状态。本发明对于分析水轮机的运转的故障状态具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及水轮机运转稳定性，特别涉及一种基于小波理论的水轮机运转状态判定方法。

背景技术

自上个世纪70年代以来，国内外的许多大型水力发电装置出现过许多因机组振动而导致的大型事故，水力专家在水轮机运转稳定性的研究领域上做了大量的数值模拟与试验研究工作。理论研究主要包括直接数值模拟法、大涡模拟法、无粘流数值模拟法、雷诺平均方法。近些年来，随着计算流体力学迅速发展，以时间平均的纳维尔－斯托克斯方程做为理论基础，采用k-ε紊流模型，并考虑到不可压缩的单相流动，分为无粘性、考虑粘性效应以及三维粘性的数值模拟三个阶段对流体特性进行研究，但因实际工程问题的复杂性使得数值计算结果仅在理论上对稳态流动的判定较为准确。试验研究通常采取涡带参数法、水声脉动测量法及空腔涡带法描述混流式水轮机模型机组，利用涡带形成的局部空腔容积的图形，发现一些可能会破坏管路的频率特性；而现场真机试验是指通过在真机上进行振动等方式的减振效果测试，发现真机的振动特性。实际上，水轮机组运转时的振动特性是非常复杂的，而且还包含了一些环境等因素，很难实现对机组完全模拟，不管是要进行理论上的计算，还是利用机组模型进行试验，几乎不可能都考虑到所有因素，只能根据研究方向，考虑主要的影响因素。许多学者尽管提出了尽量避免或减振方法，但是依然主要对水轮机运转时压力脉动信号产生的原因、条件、特征以及尾水管空化、涡带的产生原因、条件等进行了分析。马震岳、董毓新一直致力于建立一个基于机组和厂房振动的系统分析模型，利用振源机理进行振动的理论与数值分析，并且利用对水轮机振动的实际案例进行分析，对振动问题的应用以及为在工程中进行实际问题的解决奠定基础。

上述研究水轮机运转稳定性的方法各有优缺点，如果要想更加真实可靠的进行水轮机运行的稳定性研究，最好的方法是进行实地的测量，得到一个更全面、准确的数据。随着现在的测试条件以及试验设备的不断改进，目前在水轮机的尾水管壁等处放置压力传感器，得到水轮机运转时尾水管、肘管等位置的压力脉动信号，对该信号进行特征分析，可以实时的测量水轮机运转时的特性，对水轮机运转状态稳定性进行远程监测研究。

水轮机组的稳定性问题对于国民经济以及在工程实践中均具有重要意义。在目前阶段还没有做到在将水力发电的效率近最大可能提升的同时百分百的保证运行的稳定性，因此为了尽可能的降低生产中的安全隐患，可通过研究水轮机在运行过程中各种工况的压力脉动信号特性，做到对水轮机运转情况的远程实时监测。

发明内容

本发明为了解决现有的技术问题，而提出一种基于小波理论的水轮机运转状态判定方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于小波理论的水轮机运转状态判定方法，包括以下步骤：

步骤1、利用小波变换对压力脉动信号进行去噪，获得压力脉动重构信号，所述压力脉动重构信号分为8层得到9个不同频段的波形；

步骤2、采用各频段压力脉动信号的标准差来表示相应频段信号能量的大小，利用小波的能量量纲即內积定理对压力脉动重构信号进行计算，得到各频段从低频到高频各个频段所对应的能量；

步骤3、计算各个频段所对应的能量占总能量的百分比；

步骤4、根据各个频段所对应的能量和各个频段所对应的能量占总能量的百分比来判定水轮机所处的运转状态。