CN114199505B - 一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相关性分析的发电机的定子线棒流通性评价方法，用于根据线棒的数据判断发电机是否存在异常，本方法包括：获取多组出水温度数据，多组出水温度数据与多个线棒一一对应，且每组出水温度数据均包括多个时刻下的出水温度；对于多组出水温度数据，分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，若相关系数不低于预设的相关系数阈值，则对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若偏离量大于预设的偏离阈值，则判断发电机存在异常，并发送报警信息。本发明提供的技术方案能够实现对电动机异常状态的监控，并降低误报警率。

Description

一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法

技术领域

本发明涉及发电机运维领域，特别涉及一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法。

背景技术

大型水冷汽轮发电机定子线棒堵塞导致绕组绝缘破坏的故障时有发生，而《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中针对水冷汽轮发电机定子绕组及其内冷水系统的安全运行也提出了明确的要求。目前行业内在发电机停机状态下的热水流试验评价方法(JB/T 6228-2014)很难发现发电机温度测点布置异常或者轻微堵塞情况的问题，并且没有量化的参考依据及评判标准。发电厂试验人员仅能够在停机状态下参照机械行业标准，无法在发电机运行、启停机状态下对线棒状态进行分析。而标准JB/T 6228-2014《汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定》的使用范围为水冷汽轮发电机的制造过程中的检验以及对生产质量的评定的相关要求。侧重的是在制造过程中检验的方法，而对于机组大修试验中发电厂运行人员在发电机运维工作中遇到的问题并不涉及。并且标准的实施条件为发电机检修状态，判定标准为两条在同一坐标系区别明显的曲线，仅靠目测及主观估量去定性判断。

传统的监测温差的手段具有一定的局限性，传统处理方法具体为：在发电机运行状态下，定子线棒间引水管出水温差达到一定阈值时，需要降低负荷甚至是停机处理，该阈值是依赖人工经验制定的(发电机运行状态时《防止电力生产事故的二十五项重点要求》(国能安全[2014]161号)对运行中发电机“定子线棒引水管出水温差达8℃时应报警”的要求中的阈值“8℃”基于经验)，常有造成误报警或者不能够及时达到预警的情况；在发电机检修状态下，通过发电机热水流试验检验线棒流通性情况。根据机械行业标准JB/T 6228-2014《汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定》中要求进行试验，其判定标准为给出了两条在同一坐标系区别明显的曲线作为参考，试验人员往往仅靠目测及主观估量去定性判断试验数据是否异常。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确及时地判断发电机是否处于异常情况的基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法，发电机包括多个线棒，所述发电机定子线棒流通性评价方法用于根据线棒的数据判断发电机是否存在异常，所述发电机定子线棒流通性评价方法包括：获取多组出水温度数据，所述多组出水温度数据与所述多个线棒一一对应，且每组出水温度数据均包括多个时刻下的出水温度；对于所述多组出水温度数据，分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，若所述相关系数不低于预设的相关系数阈值，则对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若所述偏离量大于预设的偏离阈值，则判断发电机存在异常，并发送报警信息。

进一步地，若所述相关系数低于所述相关系数阈值，则判断发电机存在异常，并发送报警信息。

进一步地，在发电机处于正常运行状态下和/或热水流试验下获取多组出水温度数据。

进一步地，在所述获取多组出水温度数据之后还包括：对所述出水温度数据进行预处理，所述预处理方法包括数据筛查和/或数据填充。

优选地，通过线性插值的方式对所述出水温度数据中的零值进行处理。

优选地，所述相关系数阈值为0.8。

优选地，所述偏离阈值为0.2。

一种基于上文所述的发电机定子线棒流通性评价方法的控制系统，所述控制系统包括：

控制模块；

监控模块，其被配置为获取多组出水温度数据，所述多组出水温度数据与发电机的多个线棒一一对应；

通信模块，其与所述控制模块和监控模块分别电连接，所述通信模块被配置为传输所述出水温度数据；

所述控制模块被配置为分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，若所述相关系数不低于预设的相关系数阈值，则所述控制模块对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若所述偏离量大于预设的偏离阈值，则所述控制模块判断发电机存在异常，并发送报警信息至外部。

进一步地，若所述相关系数低于所述相关系数阈值，则所述控制模块判断发电机存在异常，并发送报警信息。

进一步地，所述监控模块包括热敏电阻。

本发明具有的优点：通过获取发电机线棒在不同时刻下的温度，进而根据相关系数和线性拟合斜率对线棒的状态进行分析，实现对异常状态的监控，并在降低误报警率有显著效果，进一步地，在发电机停机状态下的热水流试验与发电机运行状态下定子绕组状态监测时都可以应用本方法，适应性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的发电机定子线棒流通性评价方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的发电机的每个线棒的出水温度相关性的系数热力图；

图3是本发明实施例提供的发电机的每个线棒的出水温度线性拟合斜率偏离量热力图；

图4是本发明实施例提供的发电机的17号测点与42号测点的线性拟合示意图；

图5是本发明实施例提供的发电机的40号测点与42号测点的线性拟合示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法，发电机包括多个线棒，本发电机定子线棒流通性评价方法用于根据线棒的数据判断发电机是否存在异常，如图1所示，本发电机定子线棒流通性评价方法包括：获取多组出水温度数据，多组出水温度数据与多个线棒一一对应，且每组出水温度数据均包括多个时刻下的出水温度，即“温度-时间”数据；然后对该数据进行相关性分析(也称相似性)，对于多组出水温度数据，分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，从而对其进行判断：若相关系数低于相关系数阈值，则判断发电机(定子线棒流通性)存在异常，并发送报警信息，在本实施例中，相关系数阈值为0.8；若相关系数不低于预设的相关系数阈值，则对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若偏离量大于预设的偏离阈值，则判断发电机(定子线棒流通性)存在异常，并发送报警信息，在本实施例中，偏离阈值为0.2。

需要说明的是，可以在发电机处于正常运行状态下获取多组出水温度数据，也可以在发电机处于热水流试验下获取多组出水温度数据，不以此限定本发明的保护范围。

在本发明的一个实施例中，在获取多组出水温度数据之后还包括：对出水温度数据进行预处理，预处理方法包括数据筛查和/或数据填充。在本实施例中，具体通过线性插值的方式对出水温度数据中的零值进行处理。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法，用于对发电机热水流试验及运行状态下线棒堵塞状态进行评估，本发电机定子线棒流通性评价方法使用数值分析，建立温度变化趋势异常线棒的偏离量与正常线棒的比较关系。

具体地，本发电机定子线棒流通性评价方法包括以下步骤：

热水流试验)定子线棒出水温度数据，包括以下步骤：

S1、获取正常运行(或发电机热水流试验时)的发电机定子线棒出水温度，并剔除数据传输波动产生的突变，完成数据预处理。需要说明的是，线棒出水温度一般由42-84个温度测点组成，每个测点对应一个完整的时间序列，并且时间序列的时间戳是完全相同的，以确保每组测点数据都是同一时刻的测量值，其中，温度测点数量根据线棒的数量设置，一般由生产厂家自行设定，不以此限定本发明的保护范围；另外，突变一般是指传输过程收到干扰导致的数据突然变成0的情形，但是表现形式通常为1-2min传输丢失，如果长时间出现数据丢失，则采用线性插值的方式替代0值；剔除数据传输波动产生的突变，方法为检测测量值突变为0的情况，即如果数据在较短时间窗口内为0，之后变为有意义的数值，则说明该变化由数据传输波动引起，采用线性插值的方式替代0值。

S2、获得发电机每个线棒的出水温度，将每个线棒数据都可以看成一列数组，那么对这些数组进行两两相比较得到多个相关系数(具体如图2所示)，用相关系数可以表征两个线棒出水温度趋势变化的相似性，在本实施例中，17号测点、40号测点、42号测点明显区别于其他正常测点，17号测点和其他测点的相关系数在0.94左右，40号测点和其他测点的相关系数在0.91左右，41号测点和其他测点的相关系数在0.91左右，虽然17号测点、41号测点、42号测点的相关系数较其他正常测点相关系数偏低，但也具有高度相关性，具有相关性可以进行线性拟合斜率以判断“温度-时间”曲线的趋势是否具有较高的一致性，具体参见下文详述。

S3、将发电机定子线棒出水“温度-时间”曲线看成时间序列，将所有时间序列看成跟时间相关的多组变量，然后两两作线性拟合斜率，输出线性拟合斜率偏离量热力图(具体如图3所示)，偏离量为斜率计算值与1的差值，在本实施例中，17号测点为偏离量最大的(线棒)，斜率为0.37，偏离量为1-0.37＝0.63。

S4、输出判断：将斜率的偏离量与阈值进行比较，判断发电机运行监测(或热水流试验)数据是否出现异常，在本实施例中，若斜率偏离量大于0.2，则判断发电机运行监测(或热水流试验)数据是出现异常。

在步骤S2中，两两相比较得到相关系数，方法为采用两两作协方差剔除了两个变量量纲影响、标准化后的特殊协方差，采用相关系数评价两个变量的相似性，相关系数的绝对值越大，意味着两个随机变量的线性相关性越大；相关系数的绝对值越小，意味着两个随机变量的线性相关性越小，相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标，其通过下式计算得到：

式中，Cov(X,Y)为X与Y的协方差，Var(X)为X的方差，Var(Y)为Y的方差。相关系数也可以看成协方差：一种剔除了两个变量量纲影响、标准化后的特殊协方差,它消除了两个变量变化幅度的影响，而只是单纯反应两个变量每单位变化时的相似程度。相关系数的绝对值越大，意味着两个随机变量的线性相关性越大；相关系数的绝对值越小，意味着两个随机变量的线性相关性越小。一般可按三级划分：|r|<0.4为低度线性相关；0.4≤|r|<0.7为显著性相关；0.7≤|r|<1为高度线性相关。在本实施例中，如图1所示，若计算得到的相关系数低于0.8，则判断测点异常；若相关系数高于0.8，则进一步分析拟合斜率偏离量，需要说明的是，0.8仅为举例说明，具体数值根据实际情况设定，不以此限定本发明的保护范围。

在步骤S3中，两两作线性拟合斜率，例如任意两个测点X和Y，以X为横坐标，Y为纵坐标，而不是以时间为横坐标，所以这里的斜率是指X和Y之间的关系，而不是在时间上的斜率,具体地，通过下式获得任意两个测点X和Y之间的斜率：

把所有测点之间的两两斜率都计算出来，就可以得到斜率矩阵，并且斜率矩阵的正对角线上全部为1：

其中，b代表斜率。

具体地，如图4所示，横坐标是测点17号，纵坐标是测点42号，可以看到，两者之间的关系为线性相关，若线棒流通性正常，线棒之间理想状态下上升或下降应为同速率增减，所以相关性应趋近于1，但是该线性相关的斜率却大幅偏离1，因为两者虽然变化趋势相同，但变化速度不同，测点17号没有测点42增加的快，所以表现为线性拟合的斜率远大于1，斜率相关性较低，只有0.37；如图5所示，横坐标是测点40号，纵坐标是测点42号，可以看到，两者之间的关系为线性相关，因此相关性约为1，该线性相关的斜率也接近1(偏离量小于0.2)，因为两者变化趋势相同，且变化速度相同，则判定为正常。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于上文所述的发电机定子线棒流通性评价方法的控制系统，控制系统包括控制模块、监控模块、通信模块，其中，监控模块被配置为获取多组出水温度数据，多组出水温度数据与发电机的多个线棒一一对应；通信模块与控制模块和监控模块分别电连接，通信模块被配置为传输出水温度数据；

控制模块被配置为分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，若相关系数不低于预设的相关系数阈值，则控制模块对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若偏离量大于预设的偏离阈值，则控制模块判断发电机存在异常，并发送报警信息至外部；若所述相关系数低于所述相关系数阈值，则所述控制模块判断发电机存在异常，并发送报警信息。

在本实施例中，所述监控模块包括热敏电阻，具体的出水温度数据可通过热敏电阻与其他器件的配合下获取，但不以此限定本发明的保护范围。

本控制系统实施例的思想与上述实施例中发电机定子线棒流通性评价方法的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述发电机定子线棒流通性评价方法实施例的全部内容并入本控制系统实施例，不再赘述。

本发明提供的发电机定子线棒流通性评价方法及其控制系统对正常运行的发电机得到定子线棒出水温度数据(或停机状态下获取热水流试验数据)，并对数据进行相似性分析及线性拟合斜率偏离分析，再根据生成的热力图发现与正常线棒出水温度偏离量较大的数据，若偏离量超出一定的阈值，则认为该运行数据(或停机状态下热水流试验数据)存在异常。本方法采用数值统计方法，并结合经验阈值方法，对发电机运行数据(或停机状态下热水流试验数据)进行处理，有效解决了工业场景中难以发现轻微堵塞及误报警的问题，对降低误报警率有显著效果，并且对于正常和异常数据具有较高的区分度，能够在发电机运行状态下比传统经验阈值法提前预警发电机异常状态，并应用到生产应用环境中去，由于在发电机停机状态下热水流试验与发电机运行状态下定子绕组状态监测都可以应用，所以适应性更强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于相关性分析的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，所述评价方法能够应用于发电机正常运行状态的定子线棒流通性的评价，发电机包括多个线棒，所述发电机定子线棒流通性评价方法用于根据线棒的数据判断发电机是否存在异常，所述发电机定子线棒流通性评价方法包括：

获取多组出水温度数据，所述多组出水温度数据与所述多个线棒一一对应，且每组出水温度数据均包括多个时刻下的出水温度；

对于所述多组出水温度数据，分别计算其中两组出水温度数据的相关系数，若所述相关系数不低于预设的相关系数阈值，则对与该相关系数所对应的两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率，并将其与预设的斜率阈值进行比较，得到相应的偏离量，若所述偏离量大于预设的偏离阈值，则判断发电机存在异常，并发送报警信息；

通过以下方式获得两组出水温度数据对应的偏离量：

按照时间对应的关系，以两组出水温度数据中的一个为横坐标、另一个为纵坐标，对两组出水温度数据进行线性拟合，得到相应的斜率；

计算所述斜率与1的差值，作为所述偏离量。

2.如权利要求1所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，若所述相关系数低于所述相关系数阈值，则判断发电机存在异常，并发送报警信息。

3.如权利要求1所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，在发电机处于正常运行状态下和/或热水流试验下获取多组出水温度数据。

4.根据权利要求1所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，在所述获取多组出水温度数据之后还包括：对所述出水温度数据进行预处理，所述预处理方法包括数据筛查和/或数据填充。

5.根据权利要求4所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，通过线性插值的方式对所述出水温度数据中的零值进行处理。

6.根据权利要求1所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，所述相关系数阈值为0.8。

7.根据权利要求1所述的发电机定子线棒流通性评价方法，其特征在于，所述偏离阈值为0.2。