[发明专利]一种水轮机转轮实时状态评估方法及其应用

说明书

本发明属于水电站转轮设备监测及评估领域，具体涉及一种水轮机转轮实时状态评估方法及其应用，包括：实时采集水轮机机组的水头和有功功率以及对水轮机转轮的多种传感器监测信号，并提取每种传感器监测信号中的多种特征值，所有特征值共同构成特征值向量；分别采用工况与各种特征的标准值之间的非线性映射关系模型得到水头和有功功率对应的工况下各种特征的标准值，所有标准值共同构成特征标准值向量；通过比较特征值向量与特征标准值向量评估水轮机转轮实时状态。本发明采用工况与正常运行过程中各种信号特征的标准值之间的非线性映射关系模型进行实时评估，排除由工况变化引起的监测信号变化对评估结果的影响，提高了评估的合理性与准确性。

技术领域

本发明属于水电站转轮设备监测及评估领域，更具体地，涉及一种水轮机转轮实时状态评估方法及其应用。

背景技术

随着水力发电在我国电力系统中所占比重的增加，水轮机组单机容量不断增大，其安全稳定高效运行面临着巨大的挑战。作为水轮机组的核心部件，转轮承受载荷较大，工况变化频繁，容易产生故障缺陷继而引发重大事故。因此科学有效的水轮机转轮状态监测及评估是水电站安全性和经济性的重要保障。

由于水轮机转轮复杂工作环境以及现有在线监测及状态评估技术的限制，大多数电站仍采用“计划检修”模式，转轮故障缺陷往往只有在定期检修时才能被发现，缺乏时效性。目前，虽然也有一些针对水轮机组实时状态评估的现有技术，但在复杂工况的适应性方面仍存在一定的局限性。例如发明专利“水轮机组故障诊断及状态评估方法”(申请公布号：CN106988951A)与“水轮机组故障诊断及健康状态评估方法”(申请公布号：CN110552832A)，均将水轮机组正常运行时期的各类型健康数据与实时监测数据的区别作为状态评估依据。虽然上述发明可以实现机组状态的实时监测，但较少考虑机组工况因素对监测值正常范围的影响。

在水电站长期稳定运行期间，即使转速基本保持不变，但水头、负荷及流量等工况参数变化范围较大，导致监测信号在较大范围内波动，为转轮实时状态监测及评估带来了较大困难。目前针对复杂工况的水轮机转轮实时状态评估方法与系统尚属少见。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种水轮机转轮实时状态评估方法及其应用，其目的在于实时且精确地评估复杂工况下的水轮机转轮状态。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水轮机转轮实时状态评估方法，包括：

实时采集水轮机机组的水头和有功功率以及水轮机转轮的多种传感器监测信号，并提取每种传感器监测信号中的多种特征值，所有特征值共同构成特征值向量；

分别采用已建立的工况与各种特征的标准值之间的非线性映射关系模型，得到所述水头和所述有功功率对应的工况下各种特征的标准值，所有标准值共同构成特征标准值向量；

通过比较所述特征值向量与所述特征标准值向量，评估水轮机转轮实时状态。

本发明的有益效果是：本发明考虑到机组状态和工况改变均会导致监测信号的变化，其中，工况改变导致的监测信号变化是正常的，而机组状态导致的监测信号变化则是需要关注的，因此可通过监测信号获取机组的健康状态。由于在正常运行过程中不同工况下的水轮机转轮监测信号特征值有所不同，本发明通过建立工况与正常运行过程中各种(信号)特征的标准值之间的非线性映射关系模型，在实际实时评估中，一方面基于当前水轮机转轮工况参数得到各种信号特征对应的标准值向量，另一方面通过传感器监测信号获取各种信号特征对应的实际特征值向量，通过比较两个向量的差别，即可评估得到当前水轮机转轮的实时状态，由于传统方法中信号特征标准值是常数，不随工况变化，容易引起误判和漏判，而本发明通过排除了由工况变化引起的监测信号的变化对评估结果的影响，提高了评估的合理性与准确性。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述非线性映射关系模型采用以下建立方式得到：