CN116973089A - 一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统，涉及水轮发电机组故障诊断领域；所述方法包括：在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上、下和水导轴承进行采集，得到启停机过程的摆度数据；对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据；在水轮发电机组稳态运行阶段，对上、下和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的分析数据；根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。本发明提高了水轮发电机组的故障类型分析的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水轮发电机组故障诊断领域，特别是涉及一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统。
背景技术
水轮发电机组轴系通常是由发电机轴和水轮机轴经过法兰连接成为整体，轴系摆度是衡量机组稳定性的重要参数，通常在上导、下导和水导合适位置的圆周方向成90度的X、Y方向各安装一个电涡流传感器，测量各导轴承的摆度。
引起水轮发电机组振摆异常的主要因素有机械、水力和电磁三方面。机械方面主要有发电机转子和转轮的质量不平衡、轴弯曲、轴系对中不良、动静碰摩、轴瓦间隙过大或不均匀等，正确监测轴系摆度是诊断机械故障的重要依据。
大型水轮发电机组转速较低，通常60～375r/min，正常启停机时间较短，几十到上百秒。由于故障特征经常与特定的频率有关，如质量不平衡主要表现为转频振幅较大，与转速近似平方增大，但为了满足整周期采样，防止发生频谱泄漏，需要较长的采样时间。因此，在做变转速试验时，需要在不同的转速下停留几分钟，以便完成整周期采样，通过快速傅里叶变换(FFT)，获得准确的分频振幅，但在正常启停机过程中，由于转速变化快，无法实现整周期采样。如果机组在长期使用过程中机械状态发生改变，则根据摆度变化进行判断比较困难。
同时，由于受到成本和安装维护条件限制，通常只在导轴承的相同圆周方向上安装两个互成90度的电涡流传感器，获得传感器安装位置附近轴的摆度，无法了解轴其它部位的摆度，特别是最大值摆度的位置。虽然有的文献对最大值摆度给出近似计算，但误差较大，并且不能得到最大值摆度位置的波形，以便进一步进行时域分析(如波形和趋势分析)和频域分析(如频谱、矢量图和瀑布图)。
目前，大型水轮发电机组普遍安装了稳定性监测系统，可以监测轴系摆度，主要是转速稳定后电涡流传感器安装部位导轴承的摆度。由于无法获得正常启停机过程中轴系摆度的精确分频振幅，同时发电机转子直径较大，测点数量有限，轴的各方向摆度情况不清楚，给机组状态识别和异常摆度的处理带来一定风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统，可提高水轮发电机组的故障类型分析的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，所述方法包括：
在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数；
对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据；
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；所述分析数据包括：最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形、最小值摆度的方向和最小值摆度的频谱；
获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温；
根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
可选地，对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据，具体包括：
确定新的采样参数；新的采样参数均为2的n次方；
利用新的采样参数对启停机过程的摆度数据进行重新采样，得到新的启停机过程的摆度数据；
根据新的启停机过程的摆度数据采用快速傅里叶变换，得到分频振幅，作为启停过程的分析数据。
可选地，根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据，具体包括：
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的摆度波形数据，公式为，
Wα＝RSi*cos((φi-α)/180*π)；
其中，Wα表示α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据；WXi表示第一电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；WYi表示第二电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；α表示轴承周向任一角度；RSi表示第i个采样点的矢量大小；φi表示第i个采样点的角度；
根据稳态运行阶段的摆度波形数据得到最大值摆度的波形、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形和最小值摆度的方向；
对稳态运行阶段的摆度波形数据进行时域和频域分析，得到最小值摆度的频谱和最大值摆度的频谱。
可选地，在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据，具体包括：
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在上导轴承的电涡流传感器组对上导轴承进行采集，得到上导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在下导轴承的电涡流传感器组对下导轴承进行采集，得到下导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在水导轴承的电涡流传感器组对水导轴承进行采集，得到水导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
稳态运行阶段的摆度数据包括：上导轴承稳态运行阶段的摆度数据、下导轴承稳态运行阶段的摆度数据和水导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
可选地，电涡流传感器组包括：第一电涡流传感器和第二电涡流传感器；
所述第一电涡流传感器和所述第二电涡流传感器互相90°。
一种水轮发电机组轴系摆度监测分析系统，所述水轮发电机组轴系摆度监测分析系统应用于所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，所述系统包括：
第一采样模块，用于在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数；
分频振幅模块，用于对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据；
第二采集模块，用于在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据；
计算模块，根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形、最小值摆度的方向和最小值摆度的频谱；
第三采集模块，用于获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温；
故障诊断模块，用于根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统，所述方法包括：在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据，本发明通过对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，解决了启停机过程中无法获得精确的分频振幅的问题，在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据；根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；通过对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的分析数据解决了稳态运行阶段时轴摆度的极限问题，获取水轮发电机组的工作参数；根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。通过启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，得到水轮发电机组的故障类型，提高了水轮发电机组的故障类型分析的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例中水轮发电机组轴系摆度监测分析方法的流程图；
图2为本发明实施例中某机组固定频率采样的频谱图；
图3为本发明实施例中某机组经过重新采样和FFT后得到的频谱图；
图4为本发明实施例中某机组上导摆度+X、+Y方向实际采样数据的波形图；
图5为本发明实施例中某机组经过计算得到的上导摆度圆周方向振幅分布图；
图6为本发明实施例中某机组经过计算得到的上导摆度最大振幅方向波形图；
图7为本发明实施例中某机组经过计算得到的上导摆度最大振幅方向频谱图；
图8为本发明实施例中水轮发电机组轴系摆度监测分析方法的启停机过程的摆度数据进行重新采样的转换图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统，提高水轮发电机组的故障类型分析的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，所述方法包括：
步骤101：在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数。
作为一种具体实施例，设采样参数如下：固有采样频率SF0(Hz)、采样周期SZ0和每周期采样点数SD0，每通道波形数据长度为SL0＝SZ0*SD0，每组数据采样时间为ST0＝SL0/SF0(秒)，获得的启停机过程的摆度数据为WAr，r＝1～SL0。
步骤102：对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据。
步骤103：在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据。
步骤104：根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；所述分析数据包括：最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最小值摆度的波形和最小值摆度的频谱。
作为一种具体实施例，在机组稳态运行阶段，利用机组每个导轴承上安装的两个电涡流传感器，通过计算，确定每个导轴承各个方向的摆度，得到最大值和最小值摆度的波形和频谱等。
步骤105：获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温。
步骤106：根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
通过分析工作参数、所述分频振幅和稳态运行阶段的分析数据，确定水轮发电机组的故障类型，可以提高故障诊断的准确率，并根据不同类型的故障，采取相应的处理措施。根据水轮发电机组振摆故障机理、试验规范和现场故障案例分析，可以初步总结如下：
如果通过分析启停机过程的摆度数据，确定启停机过程中摆度较大，以转频为主，摆度与转速的平方呈现线性增大，同时摆度与励磁电流、励磁电压和负荷关系不大，则可能是质量不平衡故障，需要进行动平衡。
如果稳态运行阶段各导轴承最大值摆度方向相差较大，则可能是轴系不正故障，需要调整轴系中心。
如果稳态运行阶段导轴承最大值摆度与最小值摆度差别较大，并且轴瓦温差较大，则可能是轴瓦间隙不均匀故障，需要调整轴瓦间隙。
如果稳态运行阶段导轴承最大值摆度逐步增大或者方向改变，并且轴瓦温度异常，则可能是动静碰摩故障。
如果稳态运行阶段水导摆度较大，并且振幅和相位不稳定，则可能是推力头松动故障，需要停机处理等。
最大值摆度也可以作为评价机组摆度状态的重要依据，如在判断机组振动区时，以最大值摆度比某方向摆度值更合理。
如图8所示，对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据，具体包括：
确定新的采样参数；新的采样参数均为2的n次方。
利用新的采样参数对启停机过程的摆度数据进行重新采样，得到新的启停机过程的摆度数据。
根据新的启停机过程的摆度数据采用快速傅里叶变换，得到分频振幅，作为启停过程的分析数据。
作为一种具体实施例，通过重新采样，使数据满足整周期采样要求，经过快速傅里叶变换(FFT)，获得比较准确的分频振幅，水轮机摆度是周期信号，假设振动完全是转频为5Hz的正弦波，如果整周期采样，则FFT后得到单一的频谱，5Hz的频率成分是唯一的。如果是非整周期采样，则FFT后得到5Hz前后连续的频谱，5Hz的频率成分是不确定的，取附近的频率分量作为近似值，最大误差可达40％。根据快速傅里叶变换(FFT)对采样周期、每周期采样点数和采样数据长度均为2n要求，确定新的采样周期和新的每周期采样点数，2n的值是指1，2，4，8，16，...，1024，2048，4096等。只有整周期采样进行FFT才能得到准确的转频，任何加窗函数处理得到的都是近似值。
例如，机组实时转速为S(r/min)，则实际采样周期 每周期采样点数/>
对采集周期和每周期采样点数/>均按照2n要求处理，新的采样周期数SZ2通常取最接近实际周期数并满足2n要求的整数，每周期采样点数SD2可以增加或减少，以保证采样数据长度不变。按照新的采样频率SF2对启停机过程的摆度数据WA1，r重新进行采样，得到新的启停机过程的摆度数据WB2，r，然后对WB2，r进行FFT，获得真实的分频数据。
新的采样频率SF2：SF2＝S/60*SD2。
旧的启停机过程的摆度数据WA1，r到新的启停机过程的摆度数据WB2，r的转换关系：
WB2，r＝WAj+(WAj+1-WAj)*sval。
sval＝val*i-int(val*i)。
其中：令则j＝int(val*i)，int表示取整数。val表示转换前每周期采样点数与转换后每周期采样点数的比值，sval表示线性插值计算时系数，WAj表示转换前第j个采样点数据。
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据，具体包括：
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的摆度波形数据，公式为：
Wα＝RSi*cos((φi-α)/180*π)；
其中，Wα表示α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据；WXi表示第一电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；WYi表示第二电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；α表示轴承周向任一角度；RSi表示第i个采样点的矢量大小；φi表示第i个采样点的角度。
例如，利用每个导轴承上安装的两个互成90度的电涡流传感器进行整周期采样，采样周期为SZ，每周期采样点数为SD，每通道波形数据长度为SL＝SZ*SD，两个通道波形采样数据分别为WXi和WYi,i＝1～SL。
设每个采样点的矢量大小为RSi，角度为φi，则：
RSi＝SQRT(WXi*WXi+WYi*WYi)。
其中SQRT表示开平方。
在0～360度范围内，α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据为Wα：
Wα＝RSi*cos((φi-α)/180*π)；
由于α＝0～360°，利用Wα＝RSi*cos((φi-α)/180*π)，可以得到α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据。
根据稳态运行阶段的摆度波形数据得到最大值摆度的波形、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形和最小值摆度的方向。
通过计算得到的α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据Wα，可以与实际采集的波形数据WXi和WYi一样，计算通频振幅fyppα,fyppα通常是计算α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据Wα中最大值与最小值的差值。
fyppα＝max(Wα)-min(Wα)；
fyppmax＝max(fyppα)；
fyppmin＝min(fyppα)；
不同角度α对应的fyppα构成导轴承圆周方向的摆度，其中fyppα中最大值fyppmax对应的Wα就是最大值摆度的波形，可以与实际的波形数据WXi和WYi一样，进行时域和频域分析，最大值fyppmax所在的角度α就是最大摆度的方向。同样，fyppα中最小值fyppmin对应的Wα就是最小值摆度的波形，最小值fyppmin所在的角度α就是最小摆度的方向。
对稳态运行阶段的摆度波形数据进行时域和频域分析，得到最小值摆度的频谱和最大值摆度的频谱。
对于通过计算得到的Wα，可以和实际安装的电涡流传感器采样波形数据一样，进行时域和频域分析，如波形、频谱、矢量图、波特图、级联图、瀑布图、趋势分析和相关趋势分析等，得到最小值摆度的频谱和最大值摆度的频谱，但由于没有安装实际的电涡流传感器，不能对间隙电压进行分析。
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据，具体包括：
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在上导轴承的电涡流传感器组对上导轴承进行采集，得到上导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在下导轴承的电涡流传感器组对下导轴承进行采集，得到下导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在水导轴承的电涡流传感器组对水导轴承进行采集，得到水导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
稳态运行阶段的摆度数据包括：上导轴承稳态运行阶段的摆度数据、下导轴承稳态运行阶段的摆度数据和水导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
电涡流传感器组包括：第一电涡流传感器和第二电涡流传感器。
所述第一电涡流传感器和所述第二电涡流传感器互相90°。
作为一种具体实施例，本实施例以某混流式水轮发电机组为例，安装了机组稳定性监测系统，其中摆度监测主要测量上导、下导和水导轴的摆度。
机组额定转速为60r/min，轴系摆度的固有采样频率SF0＝1024(Hz)、采样周期SZ0＝4，每周期采样点数SD0＝1024，每组波形数据长度SL0＝4096点(4*1024)，每组数据采样时间ST0＝4.0秒(4096/1024)。
在某混流式水轮发电机组正常启停机过程中，根据轴系摆度的固有采样频率、采样周期和每周期采样点数对某混流式水轮发电机组进行采样，得到某混流式水轮发电机组在启停机过程的摆度数据，如图2所示。
在机组实时转速S为35r/min时：
根据得到，实际采样周期/>
根据得到，每周期采样点数/>
对采集周期和每周期采样点数/>均按照2n要求处理，2.33介于2与4之间，取2，1755.4介于1024与2048之间，取2048，即新的采样周期数SZ2＝2，每周期采样点数SD2＝2048。由SF1＝S/60*SD1得，新的采样频率SF2＝35/60*2048＝1194.67Hz。
通过新的采样周期数、每周期采样点数和采样频率对某混流式水轮发电机组在启停机过程的摆度数据进行重新采样，得到新的启停机过程的摆度数据，如图3所示，再经过快速傅里叶变换(FFT)得到的频谱图，可以看到转频振幅由102.87μm增加到159.94μm，增加了55％。
在某混流式水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据。
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到水某混流式水轮发电机组稳态运行阶段的摆度波形数据，如图4所示。
根据稳态运行阶段的摆度波形数据得到最大值摆度的波形、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形和最小值摆度的方向，如图5和图6所示。
进一步对稳态运行阶段的摆度波形数据进行时域和频域分析，得到最小值摆度的频谱和最大值摆度的频谱，如图7所示，可以看到，上导摆度+X、+Y方向通频振幅分别为256μm和223μm，相差不大，但最大振幅为303μm，最小振幅为191μm，相差较大，说明轴瓦间隙可能不太合理，可以在正常检修时进行适当处理。
实施例2
一种水轮发电机组轴系摆度监测分析系统，所述水轮发电机组轴系摆度监测分析系统应用于实施例1中所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，所述系统包括：
第一采样模块，用于在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数。
分频振幅模块，用于对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据。
第二采集模块，用于在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有频率，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据。
计算模块，根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；所述分析数据包括：最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最小值摆度的波形和最小值摆度的频谱。
第三采集模块，用于获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温。
故障诊断模块，用于根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1中所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现实施例1中所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法。
本发明效果：本发明提供的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，是在机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，连续采集存储上导、下导和水导的摆度数据，通过重新采样，使数据满足整周期采样要求，经过快速傅里叶变换(FFT)，获得比较准确的分频振幅。在机组稳态运行阶段，利用机组每个导轴承上安装的两个电涡流传感器，通过计算，确定每个导轴承各个方向的摆度，得到最大值和最小值摆度的波形和频谱等。与目前使用的监测手段相比，较好地解决了启停机过程中转频的精确测量和稳态运行时轴摆度的极值问题，具有分析专业和监测全面的特色。根据这些监测分析数据，结合机组运行数据，可以根据机组负荷变化与导轴承最大值摆度的关系识别机组振动区，可以准确判断机组存在的机械故障，同时为故障处理提供了重要依据，可以及时掌握机组轴系状态的变化，提高机组运行的安全性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，其特征在于，所述方法包括：
在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数；
对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据；
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；所述分析数据包括：最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形、最小值摆度的方向和最小值摆度的频谱；
获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温；
根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
2.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，其特征在于，对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据，具体包括：
确定新的采样参数；新的采样参数均为2的n次方；
利用新的采样参数对启停机过程的摆度数据进行重新采样，得到新的启停机过程的摆度数据；
根据新的启停机过程的摆度数据采用快速傅里叶变换，得到摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据。
3.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，其特征在于，根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据，具体包括：
根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的摆度波形数据，公式为：
Wα＝RSi*cos((φi-α)/180*π)；
其中，Wα表示α角度的稳态运行阶段的摆度波形数据；WXi表示第一电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；WYi表示第二电涡流传感器对第i个采样点的采样数据；α表示轴承周向任一角度；RSi表示第i个采样点的矢量大小；φi表示第i个采样点的角度；
根据稳态运行阶段的摆度波形数据得到最大值摆度的波形、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形和最小值摆度的方向；
对稳态运行阶段的摆度波形数据进行时域和频域分析，得到最小值摆度的频谱和最大值摆度的频谱。
4.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，其特征在于，在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据，具体包括：
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在上导轴承的电涡流传感器组对上导轴承进行采集，得到上导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在下导轴承的电涡流传感器组对下导轴承进行采集，得到下导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，通过安装在水导轴承的电涡流传感器组对水导轴承进行采集，得到水导轴承稳态运行阶段的摆度数据；
稳态运行阶段的摆度数据包括：上导轴承稳态运行阶段的摆度数据、下导轴承稳态运行阶段的摆度数据和水导轴承稳态运行阶段的摆度数据。
5.根据权利要求4所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，其特征在于，电涡流传感器组包括：第一电涡流传感器和第二电涡流传感器；
所述第一电涡流传感器和所述第二电涡流传感器互相90°。
6.一种水轮发电机组轴系摆度监测分析系统，其特征在于，所述水轮发电机组轴系摆度监测分析系统应用于所述权利要求1-5中任意一项所述的水轮发电机组轴系摆度监测分析方法，所述系统包括：
第一采样模块，用于在水轮发电机组正常启停机过程中，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到启停机过程的摆度数据；所述采样参数包括：采样频率、采样周期和每周期采样点数；
分频振幅模块，用于对启停机过程的摆度数据进行快速傅里叶变换，得到启停机过程的摆度数据的分频振幅，作为启停过程的分析数据；
第二采集模块，用于在水轮发电机组稳态运行阶段，按照固有采样参数，对上导、下导和水导轴承进行数据采集，得到稳态运行阶段的摆度数据；
计算模块，根据稳态运行阶段的摆度数据计算得到稳态运行阶段的分析数据；最大值摆度的波形、最大值摆度的频谱、最大值摆度的方向、最小值摆度的波形、最小值摆度的方向和最小值摆度的频谱；
第三采集模块，用于获取水轮发电机组的工作参数；所述工作参数包括：转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压和瓦温；
故障诊断模块，用于根据启停机过程的摆度数据、启停机过程的分析数据、稳态运行阶段的分析数据和所述工作参数，确定水轮发电机组的故障类型。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310946885.3A CN116973089A (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种水轮发电机组轴系摆度监测分析方法及系统 |
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2023
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