CN116628610A - 水轮发电机制动风闸磨损分析系统 - Google Patents

水轮发电机制动风闸磨损分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了水轮发电机制动风闸磨损分析系统。系统包括：多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，用于在每一停机事件结束时获取对应闸板的若干项闸板数据并发送至处理分析模块；若干项闸板数据包括制动过程中闸板与制动环之间的压力曲线数据和制动结束后闸板的厚度数据；处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数和每一闸板剩余制动周期数并发送至报警模块；报警模块用于判断当前停机事件中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数；若是，则生成报警信息发送至管理员终端。本发明解决了现有技术中存在的难以及时获取制动风闸的磨损状态的技术问题。

Description

水轮发电机制动风闸磨损分析系统
技术领域
本发明涉及水轮发电机制动风闸技术领域，尤其涉及水轮发电机制动风闸磨损分析系统。
背景技术
水轮发电机在停机过程中，进行制动可有效地减少停机事件，减少机组在低于额定转速的游走时间，减少机组轴承磨损以及低转速下摩擦引起的过热烧瓦。纯机械制动的情况下在机组转速低于15％额定转速时，投入制动风闸，保证机组停机过程中转速的快速控制。
水轮发电机的制动风闸有多个，多个制动风闸沿发电机主轴周向布置且位于转子的底部；制动时制动风闸的闸板被顶起来与转子底部的制动环摩擦降低转子的转速直至转子停止转动；制动过程中闸板不断被磨损，当磨损至一定程度时需要及时进行更换。
由于制动风闸设置在风洞内且位于基坑中，水电站工作人员在日常巡检过程中难以对闸板进行检查，因此闸板的具体磨损情况难以及时获取。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其解决了现有技术中存在的难以及时获取制动风闸的磨损状态的技术问题。
根据本发明水轮发电机制动风闸磨损分析系统，水轮发电机制动风闸磨损分析系统，所述分析系统包括：
多个数据采集模块、处理分析模块以及报警模块；
多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，用于在每一停机事件结束时获取对应闸板的若干项闸板数据并发送至处理分析模块；若干项闸板数据包括制动过程中闸板与制动环之间的压力曲线数据和制动结束后闸板的厚度数据；
处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数和每一闸板剩余制动周期数并发送至报警模块；
报警模块用于判断当前停机事件中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数；若是，则生成报警信息发送至管理员终端，所述报警信息包括磨损系数异常，和/或剩余指定周期数小于设定周期数的闸板的编号。
进一步地，分析系统还包括触发模块；所述触发模块用于获取发电机组的停机指令，触发模块在接收到停机指令后，获取转子转速信号来监测转子转速，每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号发送至每一数据采集模块。
进一步地，预设条件包括转子转速降至零和转子转速降至额定转速的第一设定百分比；每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号，包括：
当转子转速降至额定转速的第一设定百分比时，触发模块生成第一触发信号；
当转子转速降至零时，触发模块生成第二触发信号。
进一步地，多个数据采集模块均包括：
边缘处理模块、压力模块以及厚度模块；
边缘处理模块接收第一触发信号和第二触发信号；边缘处理模块将第一触发信号转发至压力模块；边缘处理模块将第二触发信号发送至压力模块和厚度模块；
压力模块接收到第一触发信号后，开始采集制动过程中闸板的压力数据并发送至边缘处理模块直至接收到第二触发信号为止；
厚度模块接收到第二触发信号后，采集闸板的厚度数据并发送至边缘处理模块。
进一步地，所述厚度模块包括多个激光测距传感器，多个激光测距传感器固定制动风闸的制动托板侧面且沿闸板周向布置，每一激光测距传感器接收到第二触发信号时，获取制动环底部到激光测距传感器之间的距离数据；
基于每一激光测距传感器采集的距离数据和预存的安装位置数据，获取闸板的厚度数据。
进一步地，处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数，包括：
对闸板在当前停机事件中压力曲线数据积分后进行无量纲化处理来获取压力影响因子；
基于当前停机事件结束时闸板的厚度数据与上一停机事件结束时闸板的厚度数据，获取厚度差；
获取压力影响因子和厚度的比值作为闸板在当前停机事件中的磨损系数。
进一步地，停机事件包括两种类型，其中一种类型为普通停机，另一种类型为紧急停机；获取每一闸板的剩余制动次数，包括：
获取闸板包括当前停机事件在内且与当前停机事件同类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第一影响因子；
获取闸板在另一类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第二影响因子；
获取两个类型停机事件的发生次数比值；
基于第一影响因子、第二影响因子、发生次数比值以及当前闸板剩余磨损厚度，确认闸板剩余制动周期数。
进一步地，报警模块在每次停机事件结束后，基于每一闸板的磨损系数和剩余制动周期数，确认制动健康值并生成健康值—时间曲线，当制动健康值小于第一设定健康值时；基于健康值—时间曲线确认劣化至第二设定健康值的时间作为准备时间。
进一步地，报警模块还基于准备时间和发电机组的发电计划，制定闸板检修任务。
进一步地，判断闸板的磨损系数异常，包括：
当闸板的磨损系数小于设定磨损系数，和/或当前磨损系数相较于标准磨损系数的劣化指数大于设定劣化指数时；判断闸板的磨损系数异常。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过设置多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，在每一次停机时间结束时获取每一闸板的若干项闸板数据以供处理分析模块进行分析；从而获取每一闸板的磨损系数和每一闸板的剩余制动周期；通过设置报警模块及时判断多个闸板中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数的情况，若是，则及时生成报警信息发送至管理员终端来进行提醒。解决了现有技术中存在的难以及时获取制动风闸的磨损状态的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例水轮发电机制动风闸磨损分析系统的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1所示，水轮发电机制动风闸磨损分析系统，所述分析系统包括：
多个数据采集模块、处理分析模块以及报警模块；
多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，用于在每一停机事件结束时获取对应闸板的若干项闸板数据并发送至处理分析模块；若干项闸板数据包括制动过程中闸板与制动环之间的压力曲线数据和制动结束后闸板的厚度数据；
处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数和每一闸板剩余制动周期数并发送至报警模块；
报警模块用于判断当前停机事件中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数；若是，则生成报警信息发送至管理员终端，所述报警信息包括磨损系数异常，和/或剩余指定周期数小于设定周期数的闸板的编号。
本实施例的具体实施过程包括：
本实施例通过设置多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，在每一次停机时间结束时获取每一闸板的若干项闸板数据以供处理分析模块进行分析；从而获取每一闸板的磨损系数和每一闸板的剩余制动周期；通过设置报警模块及时判断多个闸板中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数的情况，若是，则及时生成报警信息发送至管理员终端来进行提醒。解决了现有技术中存在的难以及时获取制动风闸的磨损状态的技术问题。
本实施例中制动风闸安装在风洞内且位于转子下方，由于水轮发电机的转子体型较大因此需要在转子底部呈环状布置多个制动风闸。制动风闸包括缸体、工作活塞、制动托板和闸板，制动工作时，气压从缸体进气口进入气缸内驱动活塞向上运动，制动托板带动闸板上升，闸板与转子下侧面的制动环抵触摩擦制动刹车。
本实施例中，分析系统还包括触发模块；所述触发模块用于获取发电机组的停机指令，触发模块在接收到停机指令后，获取转子转速信号来监测转子转速，每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号发送至每一数据采集模块。需要说明的是本实施例中触发模块与处理分析模块相连，触发模块发送触发信号时经由处理分析模块发送至各数据采集模块中。
本实施例中所述预设条件包括转子转速降至零和转子转速降至额定转速的第一设定百分比；每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号，包括：当转子转速降至额定转速的第一设定百分比时，触发模块生成第一触发信号；当转子转速降至零时，触发模块生成第二触发信号。
不同水轮发电机其风闸投入时转子转速均不相同，本实施例中第一设定百分比为15％；发电机组停机过程中当转子转速达到15％时投入制动风闸；需要说明的是，本实施例中无论是普通停机过程还是紧急停机过程，均是在转子转速达到第一设定百分比时，投入制动风闸。
在本实施例中，多个数据采集模块均包括：
边缘处理模块、压力模块以及厚度模块；
边缘处理模块接收第一触发信号和第二触发信号；边缘处理模块将第一触发信号转发至压力模块；边缘处理模块将第二触发信号发送至压力模块和厚度模块；
压力模块接收到第一触发信号后，开始采集制动过程中闸板的压力数据并发送至边缘处理模块直至接收到第二触发信号为止；
厚度模块接收到第二触发信号后，采集闸板的厚度数据并发送至边缘处理模块。
所述厚度模块包括多个激光测距传感器，多个激光测距传感器固定制动风闸的制动托板侧面且沿闸板周向布置，每一激光测距传感器接收到第二触发信号时，获取制动环底部到激光测距传感器之间的距离数据；基于每一激光测距传感器采集的距离数据和预存的安装位置数据，获取闸板的厚度数据。制动托板与闸板之间在竖直方向上不发生相对位移，因此在安装时获取激光测距传感器的位置信息即可获取安装位置与闸板底部的距离作为调整系数，再根据制动环底部到安装位置的距离数据即可获取闸板的厚度数据。
本实施例中，压力模块包括压力传感器，压力传感器被第一触发信号唤醒后实时获取闸板与制动环之间的压力数据，边缘处理模块接收到压力数据后生成压力—时间曲线作为压力曲线数据。
本实施例中，处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数，包括：
对闸板在当前停机事件中压力曲线数据积分后进行无量纲化处理来获取压力影响因子；
基于当前停机事件结束时闸板的厚度数据与上一停机事件结束时闸板的厚度数据，获取厚度差；
获取压力影响因子和厚度的比值作为闸板在当前停机事件中的磨损系数。磨损系数越大，说明当前停机事件中闸板磨损情况越好；磨损系数越小，说明当前停机事件中闸板磨损情况越差。当磨损系数小于设定磨损系数时；判断闸板的磨损系数异常，当前磨损系数相较于标准磨损系数的劣化指数大于设定劣化指数时；判断闸板的磨损系数异常报送至管理员终端
本实施例中，停机事件包括两种类型，其中一种类型为普通停机，另一种类型为紧急停机；其中紧急停机过程时间短，对于闸板表面磨损与普通停机要更大。获取每一闸板的剩余制动次数，包括：
获取闸板包括当前停机事件在内且与当前停机事件同类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第一影响因子；
获取闸板在另一类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第二影响因子；
获取两个类型停机事件的发生次数比值；
基于第一影响因子、第二影响因子、发生次数比值以及当前闸板剩余磨损厚度，确认闸板剩余制动周期数。闸板的剩余磨损厚度根据当前闸板的厚度数据确认，比如全新闸板整体厚度为50mm，整体可磨损的部分为10mm，闸板经过一段时间的磨损后现在整体厚度为48mm，则其剩余磨损厚度为8mm。
通过以下公式获取剩余制动周期：
当前停机事件为普通停机时；
当前停机事件为紧急停机时；
其中ZDZQ为剩余制动周期；SYMS为剩余磨损厚度；MSXH为当前停机事件的磨损系数；DYYZ为第一影响因子；DEYZ为第二影响因子；CSB为普通停机与紧急停机发生次数的比值；CSB大于1。
本发明的另一实施例，报警模块在每次停机事件结束后，基于每一闸板的磨损系数和剩余制动周期数，确认制动健康值并生成健康值—时间曲线，当制动健康值小于第一设定健康值时；基于健康值—时间曲线确认劣化至第二设定健康值的时间作为准备时间。
本实施例的具体实施过程包括：
通过以下公式获取健康值：
JKZ＝∑MSXHi*αi+∑ZDZQi*βi；
其中JKZ为健康值；MSXHi为第i个闸板的磨损系数；αi为第i个闸板的第一调整系数；ZDZQi为第i个闸板的制动周期；βi为第i个闸板的第二调整系数。
需要说明的是MSXHi和ZDZQi均经过去量纲处理；αi通过查询预设的磨损系数—第一调整系数表格获取；βi通过查询预设的制动周期—第二调整系数表格获取。
基于健康值—时间曲线确认劣化至第二设定健康值的时间，包括：
根据包括当前停机事件在内的连续多个停机事件获取多个采样点；根据多个采样点的坐标，获取线性回归方程；基于线性回归方程获取第二健康值对应的时间；结合当前时间进一步获取准备时间。
本实施例的具体实施过程包括：
本发明的另一实施例，报警模块还基于准备时间和发电机组的发电计划，制定闸板检修任务。
水电站运行过程中，会根据电网调度情况来制定发电计划，报警模块根据准备时间和发电计划来制定闸板检修任务，尽量避免与发电计划冲突。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：所述分析系统包括：
多个数据采集模块、处理分析模块以及报警模块；
多个数据采集模块与多个制动风闸一一对应设置，用于在每一停机事件结束时获取对应闸板的若干项闸板数据并发送至处理分析模块；若干项闸板数据包括制动过程中闸板与制动环之间的压力曲线数据和制动结束后闸板的厚度数据；
处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数和每一闸板剩余制动周期数并发送至报警模块；
报警模块用于判断当前停机事件中是否存在闸板的磨损系数异常，或闸板的剩余制动周期数小于设定周期数；若是，则生成报警信息发送至管理员终端，所述报警信息包括磨损系数异常，和/或剩余指定周期数小于设定周期数的闸板的编号。
2.如权利要求1所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：分析系统还包括触发模块；所述触发模块用于获取发电机组的停机指令，触发模块在接收到停机指令后，获取转子转速信号来监测转子转速，每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号发送至每一数据采集模块。
3.如权利要求1所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：预设条件包括转子转速降至零和转子转速降至额定转速的第一设定百分比；每当转子转速达到预设条件时，触发模块生成触发信号，包括：
当转子转速降至额定转速的第一设定百分比时，触发模块生成第一触发信号；
当转子转速降至零时，触发模块生成第二触发信号。
4.如权利要求3所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：多个数据采集模块均包括：
边缘处理模块、压力模块以及厚度模块；
边缘处理模块接收第一触发信号和第二触发信号；边缘处理模块将第一触发信号转发至压力模块；边缘处理模块将第二触发信号发送至压力模块和厚度模块；
压力模块接收到第一触发信号后，开始采集制动过程中闸板的压力数据并发送至边缘处理模块直至接收到第二触发信号为止；
厚度模块接收到第二触发信号后，采集闸板的厚度数据并发送至边缘处理模块。
5.如权利要求4所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：所述厚度模块包括多个激光测距传感器，多个激光测距传感器固定制动风闸的制动托板侧面且沿闸板周向布置，每一激光测距传感器接收到第二触发信号时，获取制动环底部到激光测距传感器之间的距离数据；
基于每一激光测距传感器采集的距离数据和预存的安装位置数据，获取闸板的厚度数据。
6.如权利要求4所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：处理分析模块用于分析每一闸板的若干项闸板数据，获取在当前停机事件中每一闸板的磨损系数，包括：
对闸板在当前停机事件中压力曲线数据积分后进行无量纲化处理来获取压力影响因子；
基于当前停机事件结束时闸板的厚度数据与上一停机事件结束时闸板的厚度数据，获取厚度差；
获取压力影响因子和厚度的比值作为闸板在当前停机事件中的磨损系数。
7.如权利要求6所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：停机事件包括两种类型，其中一种类型为普通停机，另一种类型为紧急停机；获取每一闸板的剩余制动次数，包括：
获取闸板包括当前停机事件在内且与当前停机事件同类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第一影响因子；
获取闸板在另一类型的连续多个停机事件的压力影响因子的平均值作为第二影响因子；
获取两个类型停机事件的发生次数比值；
基于第一影响因子、第二影响因子、发生次数比值以及当前闸板剩余磨损厚度，确认闸板剩余制动周期数。
8.如权利要求1所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：报警模块在每次停机事件结束后，基于每一闸板的磨损系数和剩余制动周期数，确认制动健康值并生成健康值—时间曲线，当制动健康值小于第一设定健康值时；基于健康值—时间曲线确认劣化至第二设定健康值的时间作为准备时间。
9.如权利要求8所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：报警模块还基于准备时间和发电机组的发电计划，制定闸板检修任务。
10.如权利要求6所述的水轮发电机制动风闸磨损分析系统，其特征在于：判断闸板的磨损系数异常，包括：
当闸板的磨损系数小于设定磨损系数，和/或当前磨损系数相较于标准磨损系数的劣化指数大于设定劣化指数时；判断闸板的磨损系数异常。
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