[发明专利]水轮机远程监控、诊断预测与智能维护调控系统

权利要求书

1.水轮机远程监控、诊断预测与智能维护调控系统，其特征在于，包括远程监控系统、在线诊断预测系统与智能维护调控系统；

远程监控系统包括动态压力传感器、流量传感器、拉绳式位移传感器、转速传感器、水头差压传感器、流量和效率仪、声发射传感器、前置放大器、信号调理器、A/D转换器、上位监控机、数据库服务器、Web服务器、防火墙；企业监控诊断中心、远程监控诊断中心；

动态压力传感器、流量传感器、拉绳式位移传感器、转速传感器、水头差压传感器、流量和效率仪、声发射传感器采集的信号依次经过前置放大器、信号调理器、A/D转换器，被变换为电信号，电信号被传输至CAN总线，通过CAN总线将电信号传输给上位监控机，上位监控机将信号传输给数据库服务器，Web服务器可以调取数据库服务器中数据，Web服务器接收数据并对数据进行解析，将解析后的数据，以网页中实时图表的形式发布；数据库服务器将信号数据传输给企业监控诊断中心；远程监控诊断中心接收来自在线诊断预测系统的控制决策与维护建议，并传输给企业监控诊断中心，企业监控诊断中心将诊断后需要调控的信息传输给智能维护调控系统；

在线诊断预测系统包括数据采集器、状态数据服务器、诊断分析模块、智能预测分析模块、历史数据库、状态监测数据库、维护和诊断知识库、巡检知识库，其中，历史数据库与状态数据服务器之间存在数据传输与交换，诊断分析模块与状态监测数据库之间存在数据传输与交换，诊断分析模块与维护和诊断知识库之间存在数据传输与交换，状态监测数据库与维护和诊断知识库之间存在数据传输与交换，智能预测分析模块与巡检知识库之间存在数据传输与交换；

数据采集器采集压力脉动信号、流量数据、效率数据、导叶开度信号、转速信号、水轮机工作水头信号，声发射振动信号；A/D转换器将这些信号转换为电信号，并将电信号传输至状态数据服务器，状态数据服务器将数据信号传输至历史数据库，同时，状态数据服务器将数据信号远程传输至诊断分析模块，诊断分析模块对数据信号进行特征提取：(1)综合运用奇异值差分谱法、特征均值法、中值法对空化信号的特征进行捕捉提取，(2)采用二阶的Volterra级数来建立水轮机转轮模型，即：

式中：y(t)为输出，即水轮机系统振动响应；u(t)为输入，为机械系统的激励力；p为记忆长度；h(i,j)为Volterra级数的广义频率响应函数；t,i,j均为时间的函数；

通过水轮机转轮广义频率响应分析工况变化，诊断不均匀激励力作用点，进行性能评估，对调节器动静态进行特性分析，诊断分析的数据不断更新、对比、存储至状态监测数据库、维护和诊断知识库；同时，诊断分析模块将诊断分析的数据传输至智能预测分析模块，该模块利用MATLAB，将水轮机模型综合特性曲线处理成空间曲面，建立基于径向基函数神经网络的水轮机数字协联特性模型：

η＝f(a，H)

η为水轮机效率；a为活动导叶开度；H为水轮机工作水头；取实时监测的某一时刻水轮机工作水头H₀，将模型转化为η＝f(a)，通过一维优化求出协联点，重复取H₀，求协联点，直到求出协联曲线；将数据库所存储的实际工况数据与神经网络模型内理论数据进行协联对比分析，对不协联故障进行检测诊断；基于历史相似工况进行协联分析，甄别“伪协联”工况，预测状态发展趋势、捕捉早期故障前兆；智能预测分析的数据不断更新、对比、存储至巡检知识库；智能预测分析模块预测分析后得到控制决策与维护建议；

智能维护调控系统包括微机调节模块、电/机转换装置、机械液压系统，微机调节模块包括水轮机调速器，电/机转换装置包括放大器、电液转换器，机械液压系统包括引导阀、主配压阀、主接力器；微机调节模块根据调节对象、水轮机调速器的数学模型，输出水轮机、引水系统及发电机及负荷的动态特性；基于水轮机调速器的静态特性和动态特性，输出针对电网负荷频率控制有关的电网一次调频、二次调频、自动发电控制和区域电网交换功率ACE控制指令，通过采用基于神经网络逆系统控制的优化方法对调速器的PID参数进行优化调节；调节信号依次通过放大及D/A转换、放大器、电液转换器传输至机械液压系统；机械液压系统改变引导阀、主配压阀、主接力器自动补偿和智能调节控制导叶的开度，利用步长递减循环搜索至最优调节导叶开度。

2.根据权利要求1所述的水轮机远程监控、诊断预测与智能维护调控系统，其特征在于，在蜗壳进口、转轮与导叶之间以及尾水锥管的距离转轮0.3～1.0倍直径处的上下游侧设置动态压力传感器采集压力脉动信号；在主轴密封供水管上安装流量传感器以及流量和效率仪采集流量数据与效率；在尾水管入口布置声发射传感器，捕捉转轮叶片故障声发射振动信号；在水轮机转动轴安装转速传感器，测量转速信号；在每个导叶处安装拉绳式位移传感器测量导叶开度；在蜗壳进口与尾水管出口设置水头差压传感器测量水轮机工作水头。