水輪機調速系統性能評價方法研究及應用

摘要：隨著政府對水電站的逐步改造，需要對水電站的運行狀況進行自動監(jiān)測和診斷，并做出合理的檢修決策。水電機組關鍵設備的運行狀態(tài)直接關系到機組的正常運行和電網的穩(wěn)定。監(jiān)測工作狀態(tài)和分析水電機組的性能不僅提高了設備維護活動的經濟性，而且大大提高了系統的可靠性，這種技術使發(fā)電廠能夠對設備進行維護。

關鍵詞：水輪機調速系統;性能評價;應用

引言

從保持狀態(tài)的角度出發(fā)，我們提出了一種基于數字模型的巡航控制系統狀態(tài)監(jiān)測和分析方法。根據該方法，通過分析調速系統的設備，確定測點位置和數據采集方案。在狀態(tài)監(jiān)測的基礎上，結合調速系統的數字模型，對汽輪機調速系統設備的狀態(tài)進行評估。使用事件操縱和自控傳播機制診斷設備故障的基礎，使用視覺模型指示健康狀態(tài)，并重新定向巡航控制設備以維護速度控制系統。

1.水輪機調速系統性能評價意義

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，發(fā)電機組容量不斷增長，系統變得更加復雜，對安全性和可靠性的要求也越來越高。調速系統是水電機組的主控制器，其穩(wěn)定可靠的運行是電力安全生產的基本保證。因此，有必要充分了解運行情況，改變速度解調系統的設備方向。今天，計算機監(jiān)控系統廣泛應用于全國的發(fā)電廠。其目的是提供主要設備工作狀態(tài)的數字顯示、報警和方向顯示，控制機組運行和保護機組。作為一個智能模塊，調速器本身還包括數據監(jiān)控和故障檢測，以達到控制和保護的目的。重點是控制和保護關鍵單元設備，評估設備狀態(tài)，比較過去的操作過程，監(jiān)測數據，多參數耦合和人工檢查確定狀態(tài)。因此，巡航控制設備的狀態(tài)分析和故障診斷基于專家人工判斷，不能滿足狀態(tài)維護要求。近年來，水電站主要設備狀況的維護得到了廠家的評價，在國內外都有成功的應用。維持控制系統狀態(tài)所需的工作較少。本文提出的基于數字模型的水輪機控制系統狀態(tài)監(jiān)測與分析方法，為控制系統狀態(tài)監(jiān)測與分析提供了參考，并實現了控制系統狀態(tài)的維護。這意味著有些項目是實用的[1]。

2.項目概述

調節(jié)器的故障會導致機組意外停止、導致機組打滑、危及現場人員的生命或嚴重損壞工廠設備。目前，我國水輪發(fā)電機主機狀態(tài)監(jiān)測應用技術較為成熟，但對調節(jié)系統狀態(tài)監(jiān)測技術的研究和應用較為匱乏。

通過上述研究，開發(fā)了一套水輪發(fā)電機調速系統的動態(tài)響應優(yōu)化和在線監(jiān)測決策系統。系統可提供實時調速系統在線監(jiān)控、歷史回顧、數據處理和工作狀態(tài)分析記錄等功能。具有良好的開放性、交互性和可擴展性，可用于故障診斷和優(yōu)化水力發(fā)電的運行化。發(fā)電機組調節(jié)器。它提供了正確支持速度控制系統優(yōu)化維護實施所需的信息。系統為水電站調速系統設計了一個在線監(jiān)控柜，柜內配置有數據服務器、網絡光纖收發(fā)設備，應用軟件部署在數據服務器平臺上。系統采用以太網通訊方式與調節(jié)器電氣柜主控平臺（PLC）和液壓控制柜主控平臺（PLC）進行通訊。系統的安裝和使用不修改或影響調速系統原有的軟硬件結構：（1） 機組基本運行狀態(tài)：機組頻率、電網頻率、工作水頭、有功功率、導葉開度、槳葉開度等;

（2） 調速系統控制參數與給定：指的是調速系統在控制過程中的相關控制參數及控制給定信息;

（3） 調速系統控制方式與控制命令：調速系統控制方式與控制命令確定了調速器的控制方式及其控制輸出;

（4） 調速系統開關量狀態(tài)：調速系統開關量指的是調速系統在運行過程中關鍵控制開關的動作狀態(tài)以及監(jiān)控系統順序控制過程中產生的中間開關狀態(tài);

（5） 機械液壓隨動系統狀態(tài)：機械液壓隨動系統是調速系統的關鍵執(zhí)行部分;

（6） 油壓裝置狀態(tài)：油位、油壓、油泵啟停情況;

（7） 調速器報警：指的是調速依靠本身的狀態(tài)數據之間的數據邏輯關系判斷出的故障報警信息。

3.調速系統設備分析及數字化模型

設備分析是準確及時掌握設備狀態(tài)和汽輪機控制系統變化趨勢，進行狀態(tài)評估和狀態(tài)分析的基礎，是保持調速系統狀態(tài)的前提。儀器分析包括結構分析和特性分析。結構分析包括物理結構分析（結構平面、幾何關系、結構特征）、運動過程分析（物體功能單元的運動原理和作用范圍）、空間擴展分析（物體安裝位置、安裝方法等）組件之間的連接）包括在內。關系）和故障現象分析（不同組件之間的相互作用及其在發(fā)生不同故障時的外部影響）。特征分析包括通信關系分析（內外部對象的結構關系、能量流與信息流的轉換關系）、運動學分析（物體運動的原理和規(guī)律、狀態(tài)方程的定量分析），包括輸入和輸出分析（確定對象之間的輸入和輸出狀態(tài)量）和故障模式分析（獲取設備可能的故障模式分類、特征狀態(tài)量和數量限制狀態(tài)以確定故障模式）。速度控制系統是由電氣、機械、液壓等設備組成的水輪發(fā)電機組的主要控制系統。

速度控制系統的設備分析從設備層次開始。其原理是根據子系統-設備-單元-模塊五個組成層次，將設備劃分為最小的可服務單元。速度控制系統分為電控系統、機械液壓系統和壓力油系統，可進一步劃分。巡航控制系統的設備故障是不斷變化的。如何從大數據中獲取設備健康狀態(tài)診斷故障是關鍵。一般在了解設備結構的基礎上，結合設計、制造、安裝和使用專家的經驗和知識，采用故障結果和風險分析（FMECA）和故障樹（FTA）進行分析。

速度控制系統設備的其他部分的分析就是在此分析的基礎上進行的。對于控制系統故障的診斷，研究和應用最多的方法是模型引用的故障診斷方法，該方法將模型仿真系統產生的信號與故障診斷的實際測量值進行比較。真實系統如何處理非線性和非線性數據，使模型系統與真實系統最相似，是診斷調速系統故障的關鍵。數字儀器模型以儀器分析為基礎，利用可視化建模技術創(chuàng)建儀器可視化模型，利用分布式物理網絡建模技術創(chuàng)建儀器數字化功能模型，利用信息鏈接技術，將可視化模型與仿真和真實設備信息聯系起來。電腦eur可以自動識別設備的物理結構、設備的工作狀態(tài)和健康狀態(tài)，反映設備的故障機制。導葉的主伺服電機是速度控制系統的主要實現。導葉壓力分配主閥的液壓輸出PQ轉換為輸出機械力FV。設備分析表明，主伺服電機的主要故障有液壓油泄漏、液壓油泄漏和推拉桿運動拒絕三種形式。分布式物理圖網絡建模技術用于對主繼電器的數字特性進行建模。儀器分析的結論假設液壓油的質量、壓降和管道中的動態(tài)運行應該被忽略。在同一油腔內，各處加壓油的壓力相同，加壓油的溫度和最高模數不變;壓力油的泄漏是層流的[2]。

4.水輪機調速系統的專家診斷結構

為了提高汽輪機整定系統的診斷效率，可以采用故障軸與專家系統相結合的診斷方法。這可以充分利用兩種診斷技術的互補優(yōu)勢，使您的診斷系統更加完善。錯誤樹主要用于對診斷系統的可靠性進行建模和分析。專家系統基于錯誤樹及其搜索策略、邏輯推理策略和診斷。在故障樹模型中，專家系統預測的汽輪機調節(jié)系統健康狀態(tài)屬于故障樹的上層事件，預測系統監(jiān)測的特征信息屬于故障樹的下層事件。專家系統的推理過程類似于錯誤樹的邏輯關系，通過塊將專家系統和錯誤樹聯系起來。汽輪機調節(jié)系統的健康設置相當于故障軸切割偏移量，符合專家系統知識庫的規(guī)則。規(guī)則假設對應截斷集合的下事件到上事件的路徑，規(guī)則結論對應錯誤樹模型截斷集合的基事件。專家系統與誤差模型中指定的最小閾值之間的交互顯著減少了搜索時間。誤差樹模型的優(yōu)點還允許對汽輪機控制系統的健康特征進行分類和提取，以實現對汽輪機控制系統健康狀態(tài)的預測[3]。

5.水輪機調速系統的故障樹模型

故障樹分析（FTA）是延遲因果關系的邏輯框圖，按照完整的樹逐層執(zhí)行，分析系統的可靠性和完整性。它通常用于預測系統狀況和診斷故障。由于水輪機調諧系統由電動調速器、電液伺服系統和液壓系統三部分組成，因此對水輪機調諧系統狀態(tài)的預測是最重要的。電動調節(jié)器、電液伺服系統和液壓系統的狀態(tài)預測如下。節(jié)點的第二層，即從電液伺服系統外殼延伸出的節(jié)點的第三層，包含電液變壓器、先導閥、主壓力分配閥和繼電器。從液壓箱延伸出來的節(jié)點類型包括閥組、油泵、油泵驅動、油品等級、油泵啟動頻率等。這一步一直持續(xù)到故障樹模型底部的事件。

速度控制本地監(jiān)控單元是數據采集和處理的核心。除了獨立采集數據外，它還通過CAN總線從控制器獲取實時數據，用于實時仿真、性能評估和運行狀態(tài)分析。數字模型的數字優(yōu)勢模型內部部分集成。設備的診斷掃描服務器是診斷過程的核心。優(yōu)化維修信息系統數據存儲，主要補充機組調速系統等系統的診斷和故障分析功能。同時，它通過RS-485從監(jiān)控系統中獲取數據并發(fā)送給本地的各個檢測單元。服務器診斷數字樹模型和錯誤并集成推理算法。變速移動工作站是您系統的重要補充。如果系統無法識別或診斷故障，專家可以從本地單元讀取數據進行人工交互診斷和分析。數字模型的可視化模型與移動工作站等客戶端設備部分集成，并使用多媒體顯示設備的健康狀況、預覽和反應故障[4]。

6.結語

水電機組設備維護是一項復雜的系統工程。水輪機調速系統性能評價方法對水輪機正常運作十分重要。其分步實施將有助于提高水電站自動化水平，為少量無人化作業(yè)，特別是實現控制系統設備，包括水電機組穩(wěn)定運行打下堅實基礎。維護條件（如速度控制和勵磁系統）非常重要。從保持狀態(tài)的角度出發(fā)，我們提出了一種基于數字模型的巡航控制系統狀態(tài)監(jiān)測和分析方法。該方法通過分析調速系統的設備來確定測量點的位置和數據采集方案。在狀態(tài)監(jiān)測的基礎上，以機組的工作狀態(tài)為前端場景，結合調速系統的數字模型，對汽輪機控制系統設備的狀態(tài)進行評估。使用事件操縱和自控傳播機制診斷設備故障的基礎，使用視覺模型指示健康狀態(tài)，并重新定向巡航控制設備以維護速度控制系統。

參考文獻

[1]譚群峰.水輪機調速系統性能評價方法研究及應用[D].湖北：華中科技大學，2007.DOI：10.7666/d.D489098.

[2]陳青青，姬巧玲，蔡天富.水輪機調速系統健康狀態(tài)的預測研究[J].水電與新能源，2015（6）：27-30.DOI：10.13622/j.cnki.cn42 -1800/tv.1671-3354.2015.06.007.

[3]陳燚濤，李朝暉.基于數字化模型的水輪機調速系統狀態(tài)監(jiān)測與分析[J].電力系統自動化，2005，29（9）：72-76.DOI：10.3321/j.issn：1000-1026.2005.09.015.

[4]劉秋華.水輪機調速系統實時在線監(jiān)測與分析研究[D].湖北：華中科技大學，2007.DOI：10.7666/d.D489102.

作者簡介：黃永強（1980.05-）、男、漢族、大學本科、湖南岳陽、工程師 ?主要研究方向：水電廠自動化控制。