水電機組振動監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與

作為電廠的重要設(shè)備之一，水電機組的良好運行狀態(tài)是確保水電廠安全運行的重要保證。隨著國內(nèi)水電工程建設(shè)的發(fā)展不斷加快，水電機組開始往高效率、大容量、高轉(zhuǎn)速以及高水頭的設(shè)計方向進行發(fā)展，在設(shè)計采用的材料擁有更高的強度，不僅增加了機組尺寸，減小了相對剛度，并且采用更加靈活的構(gòu)件，因此對機組運行的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。為了對水電機組的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測和診斷分析，采用了水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，通過系統(tǒng)收集機組運行數(shù)據(jù)，上傳給計算機網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測分析，對機組運行過程中存在的潛在故障進行排查和報警，提前避免重大安全事故的產(chǎn)生，對保證水電機組運行的安全性和可靠性具有重要的意義。本文主要對狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和故障診斷技術(shù)進行了分析。

在電廠中,水電機組是其中十分重要的一個設(shè)備,其運行狀態(tài)與水電廠運行的安全性有著直接的聯(lián)系.在我國水電工程不斷發(fā)展與進步的情況下,水電機組就必須向著以下幾個方面發(fā)展:效率更高;容量更大;轉(zhuǎn)速更快;水頭更高等,除此之外,為了能夠更好的滿足當(dāng)前時代對機組的更高需求,還應(yīng)該盡量選擇具有高強度的材料以及靈活性更高的構(gòu)件.為了能夠讓水電組實現(xiàn)更加穩(wěn)定、安全且可靠的運行,就需要在線監(jiān)測水電組的運行狀態(tài)并進行相應(yīng)的診斷分析,為了能夠提高這些工作的準(zhǔn)確性和效率,可以在這個過程中使用水電組狀態(tài)檢測系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng),接下來是將系統(tǒng)收集到的有關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳到計算機網(wǎng)絡(luò)中,進行相應(yīng)的監(jiān)測分析,從而更好的排查機組運行過程中存在的問題,并及時的采取合理的措施加以解決,避免機組運行過程中出現(xiàn)故障問題.為此,本文對水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進行了相關(guān)研究與分析,為后續(xù)相關(guān)工作的進行提供了一定的參考和依據(jù).

介紹了國內(nèi)水電機組振動監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的理論研究及應(yīng)用，并與國外的情況進行了比較，指出了今后的發(fā)展方向。

重點介紹了水電機組實施工況監(jiān)測的主要工況及其分析診斷技術(shù),并在總結(jié)現(xiàn)場試驗研究的基礎(chǔ)上,給出了水電機組運行設(shè)備工況監(jiān)測與分析診斷的故障類型。

水口電廠狀態(tài)監(jiān)測與診斷分析系統(tǒng)能夠?qū)C組運行設(shè)備進行全面、實時的在線監(jiān)測,技術(shù)人員可以對機組運行狀態(tài)進行監(jiān)測、分析,制作、讀取相應(yīng)的自動診斷狀態(tài)報告,可對早期設(shè)備潛伏性故障提出預(yù)警,避免發(fā)生嚴(yán)重事故。文章介紹了水口水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)特點及主要功能,并探討了水輪發(fā)電機組的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障分析手段。

由清華大學(xué)等單位聯(lián)合研制的水電機組狀態(tài)監(jiān)測分析診斷系統(tǒng)（簡稱ｐｓｔａｉ系統(tǒng)），于１９９７年１１月在廣州抽水蓄能電廠１號機上投入使用，經(jīng)過一年多的運行檢驗，已於１９９８年１２月通過技術(shù)鑒定并受到好評。該系統(tǒng)硬件采用基于ｉｐｃ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及上、下位機網(wǎng)絡(luò)通信的分層分布結(jié)構(gòu)；軟件采用基于ｗｉｎｄｏｗｓｎｔ操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了復(fù)雜的并行多任務(wù)調(diào)度機制。該廠還結(jié)合機組檢修，根據(jù)系統(tǒng)對１號機提供的導(dǎo)軸承瓦溫和大軸擺度（軸振）等異常情況及診斷處理措施，對機組進行了有針對性的局部安裝調(diào)整，取得了滿意的結(jié)果。該系統(tǒng)的成功使用，為水電機組按狀態(tài)實施檢修和預(yù)測性維護提供了技術(shù)手段；但由于該系統(tǒng)研制時間短，且是初次使用，尚需進一步積累經(jīng)驗，有些系統(tǒng)功能及仿真計算等方面也有待改進和完善。

對當(dāng)前水電機組故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行了討論,并且基于數(shù)據(jù)融合和信息共享的思想,提出將狀態(tài)檢修系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)相結(jié)合的方法,基于研究開發(fā)了水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng),達(dá)到了充分利用現(xiàn)有資源,提供智能決策參考的目的

針對水電機組故障診斷知識較為復(fù)雜多樣的特點,提出了將產(chǎn)生式模糊規(guī)則表示、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示和可視化故障知識表示等多種方法綜合集成的知識表達(dá)方式和診斷推理策略。診斷實例表明,該集成知識表達(dá)和推理方式的引入有助于增強水電機組故障診斷專家系統(tǒng)的知識獲取和表達(dá)能力,提高了系統(tǒng)的推理匹配能力。

介紹緊水灘水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成,分析振動擺度監(jiān)測、水力壓力脈動監(jiān)測、水輪機效率監(jiān)測、水輪機汽蝕監(jiān)測的技術(shù)特點,以及智能故障診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

大型水電機組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成熟,這就要求在今后的研究工作中,不斷地提高已有的知識水平,完善知識體系。以下幾個方面需要在今后的研究工作中進行更加深入細(xì)致的研究:①水電機組設(shè)備龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,誘發(fā)故障的因素多、水電機組故障率高、技術(shù)難度大;②水力流體因素、振動因素、電磁因素是相互影響的3個難點,是以后要繼續(xù)研究的重要課題。

針對水電機組故障信息缺乏、故障識別困難等問題,提出基于支持向量機的水電機組故障診斷模型.并針對實測水電機組故障數(shù)據(jù),分析支持向量機水電機組故障診斷模型和常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型等理論在水電機組故障診斷中的優(yōu)劣.研究表明,支持向量機理論在小樣本情況下比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更強的診斷能力.

針對水電機組故障樣本少的問題,將支持向量機引入水電機組故障診斷研究,提出一種結(jié)合小波頻帶分解與最小二乘支持向量機的水電機組故障診斷模型?；跈C械設(shè)備\"能量-故障\"映射關(guān)系,運用小波分解提取機組振動信號各頻帶能量特征值,然后將能量特征值輸入到多分類的支持向量機,實現(xiàn)對機組不同故障類型的識別。通過實驗信號分析,表明將小波能量提取與支持向量機結(jié)合進行水電機組故障診斷是可行有效的,并具有較高的故障分辨能力,為水電機組故障診斷提供了新的方法和思路。

提出了一種開發(fā)水電機組故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計思想及實現(xiàn)方法.通過采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示知識,運用正反向推理機制,動態(tài)豐富知識庫,實現(xiàn)水電機組振動的在線(離線)監(jiān)測和故障診斷,并提供診斷結(jié)果和相應(yīng)的故障處理措施,為水電廠從計劃檢修向狀態(tài)檢修提供可靠的技術(shù)保證.該系統(tǒng)具有人機界面友好、運行速度快、信息存儲量大、開發(fā)周期短、易于維護、擴充等特點

從系統(tǒng)軟件設(shè)計的角度,以狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)的選取、專家知識庫及狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立為重點,介紹了水電機組狀態(tài)監(jiān)測與檢修系統(tǒng)的構(gòu)成及該系統(tǒng)各軟件模塊的設(shè)計思路和應(yīng)用功能

針對傳統(tǒng)方法難以精確提取水電機組非平穩(wěn)振動信號的故障特征,首先引入變分模態(tài)分解(variationalmodaldecomposition,vmd)將水電機組非平穩(wěn)振動信號分解為一系列中心頻段互不重疊的imf分量,進而采取能量法提取各imf分量的故障特征,最后將提取的故障特征向量輸入到本文建立的基于遺傳算法優(yōu)化支持向量機的故障診斷模型中,實現(xiàn)故障模式的識別與診斷。將該方法應(yīng)用于實際水電機組故障振動信號的處理中,仿真結(jié)果表明,該方法能夠有效識別機組的異常狀況,具有較高的故障診斷正確率。

水電機組的振動信號為典型的非平穩(wěn)、非線性信號。為了通過振動信號正確判斷水電機組的運行狀態(tài)，本文提出運用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解處理原始信號，并對獲得的基本模式分量計算其復(fù)雜度特征，最后運用最小二乘支持向量機進行故障診斷。選取徑向基函數(shù)作為核函數(shù)，并通過網(wǎng)格搜索和交叉驗證確定相關(guān)參數(shù)。結(jié)果表明，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解復(fù)雜度特征和支持向量機結(jié)合，能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)故障診斷，確定故障類型，為機組運行維護人員提供參考依據(jù)。

針對水電機組常規(guī)振動故障診斷分類器不能反映分類中的不確定信息的不足,提出一種基于粗糙集的一對一(1-v-1)多類支持向量機分類方法。該方法充分利用粗糙集對不確定、不完整數(shù)據(jù)和復(fù)雜模式的良好刻畫能力及支持向量機優(yōu)秀的泛化能力,應(yīng)用粗糙集最核心的思想:上、下近似來描述支持向量機分類結(jié)果。結(jié)合1-v-1方法實現(xiàn)支持向量機的多類分類,導(dǎo)出多類分類時樣本的上、下近似和邊界區(qū)域的集合表示,并以規(guī)則的形式對分類器進行描述。用所提方法對國際標(biāo)準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)進行實驗,并應(yīng)用于某水電廠機組振動故障診斷。所得結(jié)果與單純1-v-1多類支持向量機方法比較,結(jié)果表明該分類器具有規(guī)則簡潔、分類階段所需存儲空間小,能夠反映故障模式分類中的不確定信息等優(yōu)點。

針對遼寧省桓仁水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的機組振動故障診斷功能缺陷,提出了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的水電機組振動故障診斷方案.事實證明該診斷方案具有良好的實際應(yīng)用效果,可以有效提高桓仁水電站機組檢修效率.

水利水電技術(shù)第!"卷#$$!年第"期 梁武科等!水電機組監(jiān)測與診斷技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展水利水電技術(shù)第!"卷#$$!年第"期 !"#$%&$’()%*$’"+,-.,%(/(0$%1+23+$$%3+24(56789(68 收稿日期：!""!#$!#!% 作者簡介：梁武科，男，%&歲，副教授’ !關(guān)鍵詞"水電機組；監(jiān)測；故障診斷 中圖分類號：()*%*文獻(xiàn)標(biāo)識碼：+文章編號：$"""#"&,"（!""%）"-#""-$#"% 水電機組監(jiān)測與診斷技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 梁武科，趙道利 （西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西西安*$""-&） 故障診斷技術(shù)發(fā)展到今天，已成為一門獨立的跨學(xué)科的綜 合信息處理技術(shù)，它是以可靠性理論、信息論、控制論和系統(tǒng)論 為理論基礎(chǔ)，以現(xiàn)代測試儀器和計算機為技術(shù)手段，結(jié)合各種診 斷對象的特殊規(guī)律而

組合式空調(diào)機組具有功能段組合靈活、技術(shù)參數(shù)可選范圍大以及對目標(biāo)環(huán)境指標(biāo)操控性強等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星測試環(huán)境調(diào)控等軍事領(lǐng)域。但是機組在運行過程中常出現(xiàn)風(fēng)機風(fēng)量不足、加熱器加熱不均以及除濕能力下降等問題,直接影響著機組性能的發(fā)揮。針對上述問題,以某基地某型空調(diào)機組為研究對象,設(shè)計了一套具有實時監(jiān)測、在線評估、分段報警和故障診斷等功能的空調(diào)機組運行的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng),重點闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計思路、硬件組成及軟件框架。該系統(tǒng)在提高空調(diào)機組的性能監(jiān)控、故障報警、故障診斷與隔離的能力及故障類型確定、故障部件的快速定位,為相關(guān)部門提供維修決策措施等方面具有實際意義。

介紹了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本性能和bp網(wǎng)絡(luò)模型及算法，并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的bp模型應(yīng)用于水輪發(fā)電機組振動故障診斷中，比較了選擇不同的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對診斷系統(tǒng)性能的影響。實驗證明，基于bp網(wǎng)絡(luò)的水輪發(fā)電機組振動故障診斷方法具有較高的實用價值。

將小波包分解及重構(gòu)技術(shù)用于轉(zhuǎn)子軸心軌跡提純,利用離散余弦變換實現(xiàn)軸心軌跡的自動識別,結(jié)合水輪發(fā)電機組故障診斷系統(tǒng),實現(xiàn)了軸心軌跡圖形征兆的提取,論證了所述方法的合理性和可行性.利用該方法提高了系統(tǒng)的診斷速度和精度