水轮机调速系统性能评价方法研究及应用

摘要：随着政府对水电站的逐步改造，需要对水电站的运行状况进行自动监测和诊断，并做出合理的检修决策。水电机组关键设备的运行状态直接关系到机组的正常运行和电网的稳定。监测工作状态和分析水电机组的性能不仅提高了设备维护活动的经济性，而且大大提高了系统的可靠性，这种技术使发电厂能够对设备进行维护。

关键词：水轮机调速系统;性能评价;应用

引言

从保持状态的角度出发，我们提出了一种基于数字模型的巡航控制系统状态监测和分析方法。根据该方法，通过分析调速系统的设备，确定测点位置和数据采集方案。在状态监测的基础上，结合调速系统的数字模型，对汽轮机调速系统设备的状态进行评估。使用事件操纵和自控传播机制诊断设备故障的基础，使用视觉模型指示健康状态，并重新定向巡航控制设备以维护速度控制系统。

1.水轮机调速系统性能评价意义

随着电力工业的发展，发电机组容量不断增长，系统变得更加复杂，对安全性和可靠性的要求也越来越高。调速系统是水电机组的主控制器，其稳定可靠的运行是电力安全生产的基本保证。因此，有必要充分了解运行情况，改变速度解调系统的设备方向。今天，计算机监控系统广泛应用于全国的发电厂。其目的是提供主要设备工作状态的数字显示、报警和方向显示，控制机组运行和保护机组。作为一个智能模块，调速器本身还包括数据监控和故障检测，以达到控制和保护的目的。重点是控制和保护关键单元设备，评估设备状态，比较过去的操作过程，监测数据，多参数耦合和人工检查确定状态。因此，巡航控制设备的状态分析和故障诊断基于专家人工判断，不能满足状态维护要求。近年来，水电站主要设备状况的维护得到了厂家的评价，在国内外都有成功的应用。维持控制系统状态所需的工作较少。本文提出的基于数字模型的水轮机控制系统状态监测与分析方法，为控制系统状态监测与分析提供了参考，并实现了控制系统状态的维护。这意味着有些项目是实用的[1]。

2.项目概述

调节器的故障会导致机组意外停止、导致机组打滑、危及现场人员的生命或严重损坏工厂设备。目前，我国水轮发电机主机状态监测应用技术较为成熟，但对调节系统状态监测技术的研究和应用较为匮乏。

通过上述研究，开发了一套水轮发电机调速系统的动态响应优化和在线监测决策系统。系统可提供实时调速系统在线监控、历史回顾、数据处理和工作状态分析记录等功能。具有良好的开放性、交互性和可扩展性，可用于故障诊断和优化水力发电的运行化。发电机组调节器。它提供了正确支持速度控制系统优化维护实施所需的信息。系统为水电站调速系统设计了一个在线监控柜，柜内配置有数据服务器、网络光纤收发设备，应用软件部署在数据服务器平台上。系统采用以太网通讯方式与调节器电气柜主控平台（PLC）和液压控制柜主控平台（PLC）进行通讯。系统的安装和使用不修改或影响调速系统原有的软硬件结构：（1） 机组基本运行状态：机组频率、电网频率、工作水头、有功功率、导叶开度、桨叶开度等;

（2） 调速系统控制参数与给定：指的是调速系统在控制过程中的相关控制参数及控制给定信息;

（3） 调速系统控制方式与控制命令：调速系统控制方式與控制命令确定了调速器的控制方式及其控制输出;

（4） 调速系统开关量状态：调速系统开关量指的是调速系统在运行过程中关键控制开关的动作状态以及监控系统顺序控制过程中产生的中间开关状态;

（5） 机械液压随动系统状态：机械液压随动系统是调速系统的关键执行部分;

（6） 油压装置状态：油位、油压、油泵启停情况;

（7） 调速器报警：指的是调速依靠本身的状态数据之间的数据逻辑关系判断出的故障报警信息。

3.调速系统设备分析及数字化模型

设备分析是准确及时掌握设备状态和汽轮机控制系统变化趋势，进行状态评估和状态分析的基础，是保持调速系统状态的前提。仪器分析包括结构分析和特性分析。结构分析包括物理结构分析（结构平面、几何关系、结构特征）、运动过程分析（物体功能单元的运动原理和作用范围）、空间扩展分析（物体安装位置、安装方法等）组件之间的连接）包括在内。关系）和故障现象分析（不同组件之间的相互作用及其在发生不同故障时的外部影响）。特征分析包括通信关系分析（内外部对象的结构关系、能量流与信息流的转换关系）、运动学分析（物体运动的原理和规律、状态方程的定量分析），包括输入和输出分析（确定对象之间的输入和输出状态量）和故障模式分析（获取设备可能的故障模式分类、特征状态量和数量限制状态以确定故障模式）。速度控制系统是由电气、机械、液压等设备组成的水轮发电机组的主要控制系统。

速度控制系统的设备分析从设备层次开始。其原理是根据子系统-设备-单元-模块五个组成层次，将设备划分为最小的可服务单元。速度控制系统分为电控系统、机械液压系统和压力油系统，可进一步划分。巡航控制系统的设备故障是不断变化的。如何从大数据中获取设备健康状态诊断故障是关键。一般在了解设备结构的基础上，结合设计、制造、安装和使用专家的经验和知识，采用故障结果和风险分析（FMECA）和故障树（FTA）进行分析。

速度控制系统设备的其他部分的分析就是在此分析的基础上进行的。对于控制系统故障的诊断，研究和应用最多的方法是模型引用的故障诊断方法，该方法将模型仿真系统产生的信号与故障诊断的实际测量值进行比较。真实系统如何处理非线性和非线性数据，使模型系统与真实系统最相似，是诊断调速系统故障的关键。数字仪器模型以仪器分析为基础，利用可视化建模技术创建仪器可视化模型，利用分布式物理网络建模技术创建仪器数字化功能模型，利用信息链接技术，将可视化模型与仿真和真实设备信息联系起来。电脑eur可以自动识别设备的物理结构、设备的工作状态和健康状态，反映设备的故障机制。导叶的主伺服电机是速度控制系统的主要实现。导叶压力分配主阀的液压输出PQ转换为输出机械力FV。设备分析表明，主伺服电机的主要故障有液压油泄漏、液压油泄漏和推拉杆运动拒绝三种形式。分布式物理图网络建模技术用于对主继电器的数字特性进行建模。仪器分析的结论假设液压油的质量、压降和管道中的动态运行应该被忽略。在同一油腔内，各处加压油的压力相同，加压油的温度和最高模数不变;压力油的泄漏是层流的[2]。

4.水轮机调速系统的专家诊断结构

为了提高汽轮机整定系统的诊断效率，可以采用故障轴与专家系统相结合的诊断方法。这可以充分利用两种诊断技术的互补优势，使您的诊断系统更加完善。错误树主要用于对诊断系统的可靠性进行建模和分析。专家系统基于错误树及其搜索策略、逻辑推理策略和诊断。在故障树模型中，专家系统预测的汽轮机调节系统健康状态属于故障树的上层事件，预测系统监测的特征信息属于故障树的下层事件。专家系统的推理过程类似于错误树的逻辑关系，通过块将专家系统和错误树联系起来。汽轮机调节系统的健康设置相当于故障轴切割偏移量，符合专家系统知识库的规则。规则假设对应截断集合的下事件到上事件的路径，规则结论对应错误树模型截断集合的基事件。专家系统与误差模型中指定的最小阈值之间的交互显著减少了搜索时间。误差树模型的优点还允许对汽轮机控制系统的健康特征进行分类和提取，以实现对汽轮机控制系统健康状态的预测[3]。

5.水轮机调速系统的故障树模型

故障树分析（FTA）是延迟因果关系的逻辑框图，按照完整的树逐层执行，分析系统的可靠性和完整性。它通常用于预测系统状况和诊断故障。由于水轮机调谐系统由电动调速器、电液伺服系统和液压系统三部分组成，因此对水轮机调谐系统状态的预测是最重要的。电动调节器、电液伺服系统和液压系统的状态预测如下。节点的第二层，即从电液伺服系统外壳延伸出的节点的第三层，包含电液变压器、先導阀、主压力分配阀和继电器。从液压箱延伸出来的节点类型包括阀组、油泵、油泵驱动、油品等级、油泵启动频率等。这一步一直持续到故障树模型底部的事件。

速度控制本地监控单元是数据采集和处理的核心。除了独立采集数据外，它还通过CAN总线从控制器获取实时数据，用于实时仿真、性能评估和运行状态分析。数字模型的数字优势模型内部部分集成。设备的诊断扫描服务器是诊断过程的核心。优化维修信息系统数据存储，主要补充机组调速系统等系统的诊断和故障分析功能。同时，它通过RS-485从监控系统中获取数据并发送给本地的各个检测单元。服务器诊断数字树模型和错误并集成推理算法。变速移动工作站是您系统的重要补充。如果系统无法识别或诊断故障，专家可以从本地单元读取数据进行人工交互诊断和分析。数字模型的可视化模型与移动工作站等客户端设备部分集成，并使用多媒体显示设备的健康状况、预览和反应故障[4]。

6.结语

水电机组设备维护是一项复杂的系统工程。水轮机调速系统性能评价方法对水轮机正常运作十分重要。其分步实施将有助于提高水电站自动化水平，为少量无人化作业，特别是实现控制系统设备，包括水电机组稳定运行打下坚实基础。维护条件（如速度控制和励磁系统）非常重要。从保持状态的角度出发，我们提出了一种基于数字模型的巡航控制系统状态监测和分析方法。该方法通过分析调速系统的设备来确定测量点的位置和数据采集方案。在状态监测的基础上，以机组的工作状态为前端场景，结合调速系统的数字模型，对汽轮机控制系统设备的状态进行评估。使用事件操纵和自控传播机制诊断设备故障的基础，使用视觉模型指示健康状态，并重新定向巡航控制设备以维护速度控制系统。

参考文献

[1]谭群峰.水轮机调速系统性能评价方法研究及应用[D].湖北：华中科技大学，2007.DOI：10.7666/d.D489098.

[2]陈青青，姬巧玲，蔡天富.水轮机调速系统健康状态的预测研究[J].水电与新能源，2015（6）：27-30.DOI：10.13622/j.cnki.cn42 -1800/tv.1671-3354.2015.06.007.

[3]陈燚涛，李朝晖.基于数字化模型的水轮机调速系统状态监测与分析[J].电力系统自动化，2005，29（9）：72-76.DOI：10.3321/j.issn：1000-1026.2005.09.015.

[4]刘秋华.水轮机调速系统实时在线监测与分析研究[D].湖北：华中科技大学，2007.DOI：10.7666/d.D489102.

作者简介：黄永强（1980.05-）、男、汉族、大学本科、湖南岳阳、工程师  主要研究方向：水电厂自动化控制。