一种基于暂态过程的水电机组健康状态量化评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水电机组状态评价领域，具体涉及一种基于暂态过程的水电机组健康 状态量化评价方法。
【背景技术】
[0002] 水电机组在运行过程中会不断受到冲蚀、磨损、疲劳等多种因素的作用，各个部件 的性能会随着服役时间的增加而逐渐退化。针对机组的机械性能状态评价，我国多采用根 据在机组部件的关键点的振动测量结果来进行评价，由于水电机组受水、机、电等多种因素 的影响，故采用多种性能试验进行状态评价，并以振动和水压脉动的异常或超标来表征水 电机组的运行稳定性状态。
[0003] 然而目前国内外缺乏对水电机组运行健康的相应评判标准，一般都按有关规程来 进行评价。由于标准或规程往往只规定某一限值，而在电站实际运行过程中，机组型式可能 多种多样，同时由于机组运行工况变化频繁，单一限值下的评价标准无法精确合理的度量 机组的健康状态。同时，机组性能劣化可能只体现在性能指标随时间的趋势变化，还没有发 生监测值超过限值的情况，但此时机组运行已出现明显异常。因此，单纯采用单一工况点下 的限值指标是无法有效地对机组运行状态健康状态进行评估的。
[0004] 当前，一般通过性能试验来分析机组的健康状况。然而，传统健康评估需要人工进 行传感器布置、数据采集和手动数据处理分析等工作，并且人工试验通常需要停机或被安 排检修之后，受到工期的制约并造成一定的经济损失。为此，需要模仿专家通过人工试验掌 握机组健康状况的思路与做法，充分利用健康状态下的相似结构型式的机组信息来构建基 于暂态过程的水电机组健康状态在线量化评价方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，综合考虑当前水电机组状态评价中需要人工参与、且无法适 应工况切换环境和没有充分考虑机组结构型式各异的问题，提供一种基于暂态过程的水电 机组健康状态量化评价方法，操作简单，结果准确。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] -种基于暂态过程的水电机组健康状态量化评价方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：针对各个不同工况，建立各种类型的标准健康模板关联曲线；
[0009] 步骤二：采集待评价机组在各个不同工况下的暂态数据，建立Μ条实际测量的关 联曲线；
[0010] 步骤三：分别计算Μ条实际测量的关联曲线和相应的标准健康模板关联曲线之间 的相似度，将各关联曲线的相似度进行加权计算，获得整个机组的健康程度；
[0011] 所述步骤三包括以下包括：
[0012] i.通过检索标准健康样本库，得到分别与Μ条实际测量的关联曲线相应的标准 健康模板关联曲线；相应的标准健康模板关联曲线是指，在相同的工况下，同种类型的标准 健康模板关联曲线；
[0013] ii.通过降采样，使实际测量的关联曲线中的数据点个数与标准健康模板关联曲 线的数据点个数一致；降采样方法为：针对实际测量的关联曲线，获取相应的标准健康模 板关联曲线中的数据点个数；设标准健康模板关联曲线的数据点个数线为n，实际测量的 关联曲线中的数据点个数为m;若m>n，则对实际测量的关联曲线中的数据点进行抽样，组 成新的实际测量的关联曲线的数据点序列，新的序列中包含η个数据点；若m〈n，则对标准 健康模板关联曲线的数据点进行抽样，组成新的标准健康模板关联曲线的数据点序列，新 的序列中包含m个数据点。
[0014] iii.分别计算Μ条实际测量的关联曲线和相应的标准健康模板关联曲线之间的相 似度：
[0015] 首先，计算两相应的关联曲线之间的归一化距离Dvh:
[0016]
[0017] 其中，v表不实际测量的关联曲线，h表不相应的标准健康t旲板关联曲线，vjPhi 为两相应的关联曲线上对应的数据点（空间坐标点），11 · 11为两数据点（空间坐标点）Vl 和h之间的欧式距离，N为降采样后两相应的关联曲线上的数据点个数为机组115% 过速状态的振动值，r_为机组空载状态的振动值；
[0018] 然后，通过以下公式计算两相应的关联曲线的相似度Dq，用于表征该实际测量的 关联曲线的健康程度：
[0019] Dq=l_100*Dvh
[0020] iv.对分别表征Μ条实际测量的关联曲线的健康程度的相似度Dq进行加权计算， 获得整个机组的健康程度D，计算公式为：
[0021]
[0022] 其中，Dq#表征第j条实际测量的关联曲线的健康程度的相似度，Wj为第j条实 际测量的关联曲线的健康程度对应的权重。
[0023] 所述步骤一具体为：
[0024] 1)通过振动摆度在线监测系统，获取水电机组的振动摆度数据；根据各个不同工 况，建立历史振动摆度数据库；所述振动摆度数据包括振动、摆度、水压脉动、有功功率、无 功功率、水头、励磁电流及机组转速；由于水电机组在不同工况下振动性能的表现往往差异 较大，忽略工况影响进行性能评价会带来较大的误差，因此根据不同水头不同负荷下的各 个工况，建立振动摆度数据库，使得本发明准确度更高；
[0025] 2)针对各个不同工况，由人工指定历史振动摆度数据库中的标准健康样本，得到 各种类型的标准健康模板曲线，存储于标准健康样本库中。
[0026] 所述步骤二具体为：
[0027] a)读取内存中监控信息中的相关的模拟量和开关量，模拟量包括从振动摆度在线 监测系统采集到的机组转速（残压和齿盘）和导叶开度；开关量包括励磁开关状态、断路器 状态、紧急停机令和油开关状态；以开机过程为例，当读取上一状态为停机备用状态时，假 如导叶开度>5%，且机组转速5%，则工况判断为开机过程并记录当前时间点，此后，当获 取到励磁开关分、断路器分、转速在指定范围内且波动稳定时，判断为机组进入空转稳定状 态，记录当前时间点；
[0028] b)根据读取的模拟量和开关量，实时判断工况的变化情况，并记录工况变化的时 间点，得到各工况过程的起始时间点和结束时间点；检索振动摆度数据库，得到相应时段下 的振动摆度数据；
[0029] c)通过相应的时标形成实际测量的关联曲线；
[0030] 步骤一中的标准健康模板曲线和步骤二中的实际测量的关联曲线，曲线类型均包 括：振动-有功功率关联曲线、振动-转速关联曲线、振动-励磁电流关联曲线、摆度-有功 功率关联曲线、摆度-励磁电流关联曲线、摆度-转速关联曲线。
[0031] 所述工况包括开机工况、停机工况和增负荷工况和减负荷工况。
[0032] 有益效果：
[0033] 本发明状态评价方法是基于在线监测数据，无须进行停机和人工布置测点，从而 大大增加了电厂的经济效益，同时其评判标准基于暂态过程数据，有效地利用了各个工况 信息，克服了传统限值评价在工况切换频繁的机组，评价指标不合理的问题，并且采用标准 健康机组信息，通过计算待评价机组和相似健康机组的相似度，能够充分考虑机组结构型 式信息，得到合理准确的量化评价结果。
【附图说明】
[0034] 图1水电机组暂态过程性能评估原理图
[0035] 图2机组健康状态评价详细流程图
[0036] 图3机组工况判断逻辑图
[0037] 附图标记说明：
[0038] 1、导叶开度>5 % &机组转速>5 %
[0039] 2、励磁开关分&断路器分〈转速〈％ &有功=0&转速稳定
[0040] 3、励磁开关合
[0041] 4、励磁开关合&断路器分&有功=0&机组频率=50Hz±0. 15Hz
[0042] 5、断路器合
[0043] 6、励磁开关合&断路器合&有功>0&机组频率=50Hz±0. 15Hz&有功稳定
[0044] 7、开机失败
[0045] 8、导叶开度〈5% &机组转速〈5%
[0046] 9、转速下降&导叶开度下降
[0047] 10、转速下降&导叶开度下降
[0048] 11、转速下降&导叶开度下降&紧急停机令
[0049] 12、导叶开度〈5 % &机组转速〈5%
[0050] 13、转速上升&开度下降
[0051] 14、励磁开关合&断路器分&有功=0&机组频率=50Hz±0. 15Hz
[0052] 15、励磁开关合&断路器合&有功>0&机组频率=50Hz±0. 15Hz&有功稳定
[0053] 16、有功