一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法技术

本发明专利技术公开了一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，包括步骤有，利用振摆传感器分别采集各监测点的振摆数据并进行汇总处理，采用8周Conf97融合平均时段法进行峰-峰值计算，获得各监测点对应的振摆实测峰-峰值；进行机组工况判定，获取机组当前的运行工况状态；对该工况各监测点通道分别进行越限检测和越高限检测，若符合越限检测的条件则启动一级报警，若符合越高限检测的条件则同时启动一级报警和二级报警；在该通道启动二级报警动作后进行振摆保护逻辑条件运算，若水电机组满足综合越限停机保护逻辑和保护延时时间，则启动停机保护输出。在机组不同运行工况下实现振摆信号准确采集并实现振摆越限及跳闸停机监测预警信号准确输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种越限监测预警方法，特别是涉及一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，属于水电机组监测

技术介绍
水电机组80％的故障都可以在振动信号中体现。目前，国内外大中型水轮发电机组均安装有机组振摆状态监测装置，其目的是实现机组运行过程中主轴摆度及机架振动等机组稳定性状态参数的实时监测、越限告警及跳闸停机预警，最大限度地保障机组安全稳定运行。所以，作为水电站安全反措的关键技术手段之一，水电机组振摆测控装置通过对安装在水轮发电机组主要部件上的振动、摆度、压力脉动传感器信号的实时采集处理与在线监视，通过一定的逻辑运算流程，实现机组运行过程中振摆状态监测量的越限报警及异常状态跳闸停机等监测预警信号的输出，指导机组避开非正常状态运行，防止突发事故，保证设备运行安全。然而，水电机组运行过程中由于受水力、机械、电磁因素的影响，导致其在不同运行工况下，对振摆传感器信号的采集计算及其正常运行的限值存在较大差异。现有的行业标准规范仅统一规定了机组稳定运行时的振摆越限整定值，即装置均根据机组稳定运行的工况进行设计，其所需的通道越限报警定值及延时时间判断定值只设置了一套，均只适用于机组稳定运行工况；而未考虑不同运行工况下振摆幅值及其计算方法差异性的实际情况，亦就是说，对不同的机组运行工况不加以区分。因此，目前采用的绝大多数机组振摆测控装置只设置了一套振摆越限告警及跳闸停机整定值，这在实际投运中必然会出现在某些机组运行工况下装置的振摆越限告警及跳闸停机输出信号误动的现象，这也招致目前绝大多数水电站均未将振摆越限告警及跳闸停机输出信号接入其实际运行的机组异常停机保护控制回路。比如，俄罗斯萨扬-舒申斯克电站“8.17”事故便是一个由于机组紧急停机控制回路未接入振摆越限保护信号招致极端灾难性破坏的案例。所以亟需要一套考虑机组运行工况影响的振动越限告警及越限停机逻辑计算流程，可以应用于水电机组振摆测控装置，保证在各种运行工况下装置信号输出的准确性。另外，水电站机组振动和摆度幅值常用其峰-峰值来表征。GB/T8564仅统一规定了稳定运行工况下的水轮发电机各部位振动允许值，GB/T15468规定了水轮机顶盖振动峰-峰值的保证值，没有明确峰-峰值的计算方法。但是，由于水力等因素的影响，水轮发电机组的振动、摆度和压力脉动可能存在低频信号，从而导致不同的峰-峰值计算方法将获得不同的计算结果。虽然，现有的水电行业标准规范对峰-峰值进行了定义，并推荐了振动峰-峰值的通用计算方法，水电机组振动峰-峰值通用计算方法对于稳定运行工况时振动峰-峰值的计算较为准确；实际运行也证明对于机组稳定运行工况，依据概率统计理论，当选择样本数据量足够大时，其峰-峰值与振摆真实值接近一致。但对于低频涡带等非稳态运行工况，其振动峰-峰值的计算将引起较大误差，所以亟需要一种有效的振动信号峰-峰值计算方法，可以适用于水电机组各种运行工况。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，可解决传统水电机组振摆测控装置所计算的振摆峰-峰值越限告警及跳闸停机均未考虑机组不同运行工况的影响而常导致在非稳定运行工况下振摆越限告警及跳闸停机输出信号误动的现象，提高机组振摆传感器信号峰-峰值计算的准确性，增加振摆越限告警整定值及延时判断与不同机组运行工况匹配的流程，最大限度地保障水电机组在各种运行工况下的安全稳定运行。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，包括以下步骤：1)利用振摆测控装置布设于水电机组若干处监测点的振摆传感器和测量传感器分别采集各监测点的振摆数据和与机组工况关联的输入信号，所采集的振摆数据呈现为时域波形数据；2)对采集的振摆数据和与机组工况关联的输入信号进行汇总处理；并采用8周Conf97融合平均时段法对每一监测点通道的时域波形数据进行峰-峰值计算，获得各监测点对应的振摆实测峰-峰值；3)根据采集的与机组工况关联的输入信号进行机组工况判定，获取机组当前的运行工况状态；4)在机组当前的运行工况下，对该工况各监测点通道分别进行越限检测和越高限检测；若符合越限检测的条件，则启动一级报警；若符合越高限检测的条件，则同时启动一级报警和二级报警；5)在该工况监测点通道启动二级报警动作后进行振摆保护逻辑条件运算，若水电机组满足综合越限停机保护逻辑和保护延时时间，则启动停机保护。本专利技术进一步设置为：所述步骤1)中所采集的振摆数据，包括水轮发电机组的上机架X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，上导X向、Y向摆度的时域波形数据，下机架X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，下导X向、Y向摆度的时域波形数据，顶盖X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，水导X向、Y向摆度的时域波形数据，以及用来标记每个旋转周期振摆时域波形数据起点位置的水轮机键相/转速传感器时域脉冲信号等；所述与机组工况关联的输入信号包括水轮机键相/转速模拟量信号、机组负荷模拟量信号、机组事故停机开关量信号。本专利技术进一步设置为：所述步骤2)中采用8周Conf97融合平均时段法对每一监测点通道的时域波形数据进行峰-峰值计算，具体为，2-1)选取一个计算样本；选取某一监测点通道的振摆传感器所采集的时域波形数据；以键相信号为起点，选取包含8个旋转周期的时域波形样本数据作为一个计算样本；2-2)计算该个样本的峰-峰值；对时域波形样本数据进行97％置信度分析，剔除样本波形奇异数据；计算97％置信度后的样本波形最大值与最小值之间的差值，得到该监测点通道的振动峰-峰值；2-3)选取下一个计算样本；右移一个旋转周期，获得下一个计算样本的时域波形数据，该计算样本数据由上一个计算样本的后7个旋转周期数据和已更新的下一个相邻旋转周期数据组成；重复步骤2-2)，计算获得机组每旋转一周更新一次的该监测点通道的振摆实测峰-峰值。本专利技术进一步设置为：所述计算样本的点数为2048点，每个旋转周期等间隔地采集256点的数据。本专利技术进一步设置为：所述步骤3)中机组工况判定包括开停机工况判定、非稳态工况判定、稳态工况判定、变负荷工况判定和特殊工况判定，进而可分别获取机组当前的运行工况状态为开停机工况、非稳态工况、稳态工况、变负荷工况和特殊工况。其中，所述开停机工况是指机组正常的开机过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用振摆测控装置布设于水电机组若干处监测点的振摆传感器和测量传感器分别采集各监测点的振摆数据和与机组工况关联的输入信号，所采集的振摆数据呈现为时域波形数据；2)对采集的振摆数据和与机组工况关联的输入信号进行汇总处理；并采用8周Conf97融合平均时段法对每一监测点通道的时域波形数据进行峰‑峰值计算，获得各监测点对应的振摆实测峰‑峰值；3)根据采集的与机组工况关联的输入信号进行机组工况判定，获取机组当前的运行工况状态；4)在机组当前的运行工况下，对该工况各监测点通道分别进行越限检测和越高限检测；若符合越限检测的条件，则启动一级报警；若符合越高限检测的条件，则同时启动一级报警和二级报警；5)在该工况监测点通道启动二级报警动作后进行振摆保护逻辑条件运算，若水电机组满足综合越限停机保护逻辑和保护延时时间，则启动停机保护。

【技术特征摘要】
1.一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，其特征在于，包括以下
步骤：
1)利用振摆测控装置布设于水电机组若干处监测点的振摆传感器和测量
传感器分别采集各监测点的振摆数据和与机组工况关联的输入信号，所采集的
振摆数据呈现为时域波形数据；
2)对采集的振摆数据和与机组工况关联的输入信号进行汇总处理；并采
用8周Conf97融合平均时段法对每一监测点通道的时域波形数据进行峰-峰值
计算，获得各监测点对应的振摆实测峰-峰值；
3)根据采集的与机组工况关联的输入信号进行机组工况判定，获取机组
当前的运行工况状态；
4)在机组当前的运行工况下，对该工况各监测点通道分别进行越限检测
和越高限检测；
若符合越限检测的条件，则启动一级报警；若符合越高限检测的条件，则
同时启动一级报警和二级报警；
5)在该工况监测点通道启动二级报警动作后进行振摆保护逻辑条件运算，
若水电机组满足综合越限停机保护逻辑和保护延时时间，则启动停机保护。
2.根据权利要求1所述的一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，
其特征在于：所述步骤1)中所采集的振摆数据，包括水轮发电机组的上机架
X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，上导X向、Y向摆度的时域波形数
据，下机架X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，下导X向、Y向摆度的
时域波形数据，顶盖X向、Y向、Z向振动的时域波形数据，水导X向、Y向
摆度的时域波形数据等，以及用来标记每个旋转周期振摆时域波形数据起点位
置的水轮机键相/转速传感器时域脉冲信号；
所述与机组工况关联的输入信号包括水轮机键相/转速模拟量信号、机组
负荷模拟量信号、机组事故停机开关量信号。
3.根据权利要求1所述的一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，
其特征在于：所述步骤2)中采用8周Conf97融合平均时段法对每一监测点通

\t道的时域波形数据进行峰-峰值计算，具体为，
2-1)选取一个计算样本；
选取某一监测点通道的振摆传感器所采集的时域波形数据；以键相信号为
起点，选取包含8个旋转周期的时域波形样本数据作为一个计算样本；
2-2)计算该个样本的峰-峰值；
对时域波形样本数据进行97％置信度分析，剔除样本波形奇异数据；
计算97％置信度后的样本波形最大值与最小值之间的差值，得到该监测点
通道的振动峰-峰值；
2-3)选取下一个计算样本；
右移一个旋转周期，获得下一个计算样本的时域波形数据，该计算样本数
据由上一个计算样本的后7个旋转周期数据和已更新的下一个相邻旋转周期数
据组成；
重复步骤2-2)，计算获得机组每旋转一周更新一次的该监测点通道的振摆
实测峰-峰值。
4.根据权利要求3所述的一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，
其特征在于：所述计算样本的点数为2048点，每个旋转周期等间隔地采集256
点的数据。
5.根据权利要求1所述的一种水电机组分工况振摆越限监测预警方法，
其特征在于：所述步骤3)中机组工况判定包括开停机工况判定、非稳态工况
判定、稳态工况判定、变负荷工况判定和特殊工况判定，进而可分别获取机组
当前的运行工况状态为开停机工况、非稳态工况、稳态工况、变负荷工况和特
殊工况；
所述开停机工况是指机组正常的开机过程、停机过程，其中冷态开机并网
后设定时间内同样归入开机过程；
所述非稳态工况是指机组在由生产厂家给出的或者由现场试验确定的正
常负荷区工况之外运行，包括低负荷区运行或者超负荷区运行；
所述稳态工况是指机组在由主机制造厂家给出的模型试验或由机组现场
稳定性试验确定的正常负荷区内运行；
所述变负荷工况是指机组运行在负荷调整过程，处于机组负荷、导叶开度

\t不稳定的状态；
所述特殊工况是指机组运行在除开停机工况、非稳态工况、稳态工况和变
负荷工况此四中工况之外的特殊情形，包括机组运行在甩负荷试验、过速试验
以及事故停机工况...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伟峰，夏洲，张红芳，朱传古，程潇黠，吴健，朱正伟，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32