一種水電機組分工況振擺越限監測預警方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種越限監測預警方法，特別是設及一種水電機組分工況振擺越限監 測預警方法，屬于水電機組監測技術領域。
【背景技術】
[0002] 水電機組80%的故障都可W在振動信號中體現。目前，國內外大中型水輪發電機 組均安裝有機組振擺狀態監測裝置，其目的是實現機組運行過程中主軸擺度及機架振動等 機組穩定性狀態參數的實時監測、越限告警及跳閩停機預警，最大限度地保障機組安全穩 定運行。
[0003] 所W，作為水電站安全反措的關鍵技術手段之一，水電機組振擺測控裝置通過對 安裝在水輪發電機組主要部件上的振動、擺度、壓力脈動傳感器信號的實時采集處理與在 線監視，通過一定的邏輯運算流程，實現機組運行過程中振擺狀態監測量的越限報警及異 常狀態跳閩停機等監測預警信號的輸出，指導機組避開非正常狀態運行，防止突發事故，保 證設備運行安全。
[0004] 然而，水電機組運行過程中由于受水力、機械、電磁因素的影響，導致其在不同運 行工況下，對振擺傳感器信號的采集計算及其正常運行的限值存在較大差異。現有的行業 標準規范僅統一規定了機組穩定運行時的振擺越限整定值，即裝置均根據機組穩定運行的 工況進行設計，其所需的通道越限報警定值及延時時間判斷定值只設置了一套，均只適用 于機組穩定運行工況；而未考慮不同運行工況下振擺幅值及其計算方法差異性的實際情 況，亦就是說，對不同的機組運行工況不加 W區分。
[0005] 因此，目前采用的絕大多數機組振擺測控裝置只設置了一套振擺越限告警及跳閩 停機整定值，運在實際投運中必然會出現在某些機組運行工況下裝置的振擺越限告警及跳 閩停機輸出信號誤動的現象，運也招致目前絕大多數水電站均未將振擺越限告警及跳閩停 機輸出信號接入其實際運行的機組異常停機保護控制回路。比如，俄羅斯薩揚-舒申斯克電 站"8.17"事故便是一個由于機組緊急停機控制回路未接入振擺越限保護信號招致極端災 難性破壞的案例。所W亟需要一套考慮機組運行工況影響的振動越限告警及越限停機邏輯 計算流程，可W應用于水電機組振擺測控裝置，保證在各種運行工況下裝置信號輸出的準 確性。
[0006] 另外，水電站機組振動和擺度幅值常用其峰-峰值來表征。GB/T8564僅統一規定了 穩定運行工況下的水輪發電機各部位振動允許值，GB/T15468規定了水輪機頂蓋振動峰-峰 值的保證值，沒有明確峰-峰值的計算方法。但是，由于水力等因素的影響，水輪發電機組的 振動、擺度和壓力脈動可能存在低頻信號，從而導致不同的峰-峰值計算方法將獲得不同的 計算結果。
[0007] 雖然，現有的水電行業標準規范對峰-峰值進行了定義，并推薦了振動峰-峰值的 通用計算方法，水電機組振動峰-峰值通用計算方法對于穩定運行工況時振動峰-峰值的計 算較為準確;實際運行也證明對于機組穩定運行工況，依據概率統計理論，當選擇樣本數據 量足夠大時，其峰-峰值與振擺真實值接近一致。但對于低頻滿帶等非穩態運行工況，其振 動峰-峰值的計算將引起較大誤差，所W亟需要一種有效的振動信號峰-峰值計算方法，可 W適用于水電機組各種運行工況。
【發明內容】
[0008] 本發明的主要目的在于，克服現有技術中的不足，提供一種水電機組分工況振擺 越限監測預警方法，可解決傳統水電機組振擺測控裝置所計算的振擺峰-峰值越限告警及 跳閩停機均未考慮機組不同運行工況的影響而常導致在非穩定運行工況下振擺越限告警 及跳閩停機輸出信號誤動的現象，提高機組振擺傳感器信號峰-峰值計算的準確性，增加振 擺越限告警整定值及延時判斷與不同機組運行工況匹配的流程，最大限度地保障水電機組 在各種運行工況下的安全穩定運行。
[0009] 為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：
[0010] -種水電機組分工況振擺越限監測預警方法，包括W下步驟：
[0011] 1)利用振擺測控裝置布設于水電機組若干處監測點的振擺傳感器和測量傳感器 分別采集各監測點的振擺數據和與機組工況關聯的輸入信號，所采集的振擺數據呈現為時 域波形數據；
[0012] 2)對采集的振擺數據和與機組工況關聯的輸入信號進行匯總處理；并采用8周 Conf97融合平均時段法對每一監測點通道的時域波形數據進行峰-峰值計算，獲得各監測 點對應的振擺實測峰-峰值；
[0013] 3)根據采集的與機組工況關聯的輸入信號進行機組工況判定，獲取機組當前的運 行工況狀態；
[0014] 4)在機組當前的運行工況下，對該工況各監測點通道分別進行越限檢測和越高限 檢測；
[0015] 若符合越限檢測的條件，則啟動一級報警;若符合越高限檢測的條件，則同時啟動 一級報警和二級報警；
[0016] 5)在該工況監測點通道啟動二級報警動作后進行振擺保護邏輯條件運算，若水電 機組滿足綜合越限停機保護邏輯和保護延時時間，則啟動停機保護。
[0017] 本發明進一步設置為:所述步驟1)中所采集的振擺數據，包括水輪發電機組的上 機架X向、Y向、Z向振動的時域波形數據，上導X向、Y向擺度的時域波形數據，下機架X向、Y 向、Z向振動的時域波形數據，下導X向、Y向擺度的時域波形數據，頂蓋X向、Y向、Z向振動的 時域波形數據，水導X向、Y向擺度的時域波形數據，W及用來標記每個旋轉周期振擺時域波 形數據起點位置的水輪機鍵相/轉速傳感器時域脈沖信號等;所述與機組工況關聯的輸入 信號包括水輪機鍵相/轉速模擬量信號、機組負荷模擬量信號、機組事故停機開關量信號。
[0018] 本發明進一步設置為:所述步驟2)中采用8周Conf97融合平均時段法對每一監測 點通道的時域波形數據進行峰-峰值計算，具體為，
[0019] 2-1)選取一個計算樣本；
[0020] 選取某一監測點通道的振擺傳感器所采集的時域波形數據；W鍵相信號為起點， 選取包含8個旋轉周期的時域波形樣本數據作為一個計算樣本；
[0021] 2-2)計算該個樣本的峰-峰值；
[0022] 對時域波形樣本數據進行97 %置信度分析，剔除樣本波形奇異數據；
[0023] 計算97%置信度后的樣本波形最大值與最小值之間的差值，得到該監測點通道的 振動峰-峰值；
[0024] 2-3)選取下一個計算樣本；
[0025] 右移一個旋轉周期，獲得下一個計算樣本的時域波形數據，該計算樣本數據由上 一個計算樣本的后7個旋轉周期數據和已更新的下一個相鄰旋轉周期數據組成；
[0026] 重復步驟2-2)，計算獲得機組每旋轉一周更新一次的該監測點通道的振擺實測 峰-峰值。
[0027] 本發明進一步設置為:所述計算樣本的點數為2048點，每個旋轉周期等間隔地采 集256點的數據。
[0028] 本發明進一步設置為:所述步驟3)中機組工況判定包括開停機工況判定、非穩態 工況判定、穩態工況判定、變負荷工況判定和特殊工況判定，進而可分別獲取機組當前的運 行工況狀態為開停機工況、非穩態工況、穩態工況、變負荷工況和特殊工況。
[0029] 其中，所述開停機工況是指機組正常的開機過程、停機過程，其中冷態開機并網后 設定時間內同樣歸入開機過程;所述非穩態工況是指機組在由生產廠家給出的或者由現場 試驗確定的正常負荷區工況之外運行，包括低負荷區運行或者超負荷區運行;所述穩態工 況是指機組在由主機制造廠家給出的模型試驗或由機組現場穩定性試驗確定的正常負荷 區內運行;所述變負荷工況是指機組運行在負荷調整過程