[发明专利]一种混流式水轮机健康状态综合评估方法

说明书

本发明公开一种混流式水轮机健康状态综合评估方法，总结能全面表征混流式水轮机健康状态的多层级指标体系，包括最高目标层、一级准则层、二级准则层和底层指标层，指标体系清晰明确；其中24项底层指标包括振动、摆度、压力脉动、温度、渗漏、检修和运行统计数据等；并结合数据类型和对水轮机状态的影响重要性进行了分类得到了4项在线监测指标和2项离线指标作为水轮机健康状态的二级准则层；根据数据取得途径分为在线监测指标和离线指标作为一级准则层；本发明通过指标权重系数、健康模型的建立，指标评估值的获取，将在线数据和离线数据进行融合，实现水轮机在线数据评估和离线评估的综合评价。

技术领域

本发明涉及水轮机健康状态评估技术领域，具体地指一种混流式水轮机健康状态综合评估方法。

背景技术

水轮机是将水流的能量转换为旋转机械能的水力原动机，用于水电站驱动水轮发电机产生电能，为水电站的关键动力设备。随着技术水平的提升和电力需求的扩大，我国水电机组正朝着巨型化、集成化和智能化方向发展，水轮机的容量、运行水头范围也逐渐增大，给水轮机组的运行和维护带来了更大的挑战。混流式水轮机由于自身水力特性，部分工况下容易产生卡门涡、尾水涡带、叶道涡等不利因素，导致机组存在较宽的振动运行区域，也导致在长期运行后水轮机容易产生裂纹、空蚀、磨损等缺陷。由于水轮机转轮、活动导叶、尾水管等部件在机组运行时无法直接观测或检测设备状态，要全面准确地评估水轮机健康状态存在很多难点，但对提升电站经济效益、提高电力系统稳定性以及保障现场人员生命安全具有重大意义。

现有技术的缺陷和不足：

现有技术常采用传感器在线监测外特性数据、巡检记录、检修记录或机组带负荷情况进行水轮机状态评估。监测外特性数据实时性强，可以实时监测某项参数的数据趋势，但各个数据之间的关联性差，一般只是通过经验或行业标准设定单个数据的报警值作为评价设备异常的依据，且在线监测数据受工况的影响大；巡检记录灵活性高，可以对不便于测量的状态量进行主观评定，但只能对水轮机能观测到的部件进行评价，对于活动导叶、转轮、尾水管等过流部件无法进行准确评价。检修记录数据直接，可靠性高，能通过测量工具、检验仪器掌握水轮机部件的外观状态或尺寸变化等情况，但是由于水轮机检修需要对流道进行排水、工序复杂、安全风险高、成本高，容易出现过维修情况。根据研究，混流式机组在振动区、低负荷运行或过渡工况时水轮机转轮叶片的应力大，对裂纹萌生和发展有促进作用，因此机组带负荷情况也是判断水轮机健康状态的一个重要因素。以上几种状态数据都将反映或影响水轮机的运行状态，采用单个数据进行评价，易出现误判和漏判。传感器监测数据对工况参数较为敏感，而现有技术通常采用固定阈值的评估方式，忽略了工况变化对监测数据的影响，上述难点制约了现有水轮机状态评估方法的全面性和准确性。综上所述，对于混流式水轮机健康状态评估方法，需要利用在线监测外特性数据、巡检检修记录及机组带负荷运行情况进行综合评价。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种混流式水轮机健康状态综合评估方法，实现评估体系中在线数据与离线评价指标的融合，同时满足评估值的适用性和科学性。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种混流式水轮机健康状态综合评估方法，它包括如下步骤：

步骤S1、根据混流式水轮机结构特点和运维数据，建立水轮机综合状态多层级指标体系，包括由上至下分级的最高目标层、一级准则层、二级准则层以及底层指标层等四个层级；

步骤S2、对于所述混流式水轮机综合健康状态多层级指标体系，基于模糊层次分析法和熵权法分别确定各底层指标权重系数W_1×n、二级准则层指标权重系数V_1×m、一级准则层权重系数U_1×k；其中，在线监测指标采用层次分析法，离线指标和一级准则层指标采用熵权法确定；

步骤S3、对于所述混流式水轮机综合健康状态多层级指标体系，分别建立各项底层指标的健康标准模型；