CN2771505Y - 水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置，在水轮发电机组的上机架2、下机架3、顶盖5上分别安装有一对振动传感器8，在主轴10的上导1、水导4、法兰6上分别安装有一对电涡流位移传感器9。本实用新型集监测和实时故障诊断为一体的系统，它是以水电机组计算机监测系统和一些特殊传感器以及信号测量装置为硬件及基础，并在此基础上增加水轮发电机组实时专家模糊故障诊断而构成的。本实用新型能够代替该领域的专家，并能完整地记录下推理、判断、提高了诊断的可信度。

Description

水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置
所属技术领域
本实用新型涉及水轮发电机组工况监测和诊断装置，尤其是水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置。
背景技术
我国拥有丰富的水力资源，水电站遍布全国。对水轮发电机组工况进行监测，并对监测结构进行分析诊断是实现水电站的自动化的主要手段。目前国内实现水电站的自动化主要是基于D0S系统下的，由于受到640K常规内存的限制，当前诊断技术主要立足于针对设备的某一个薄弱环节或比较隐藏的异常状态进行监测和诊断，所诊断的故障比较单一。而且采用二级分布式系统，即前端现场部分由单片机来实现，诊断由PC机来实现，单片机再通过RS232或者是RS485通信方式与PC机实现对整个系统的监控，无法实现实时故障诊断。另外开发人员为了充分利用系统的所有内存，不得不利用一定的规范直接介入内存管理，这样既不安全也不方便，同时它基于字符的操作使得编写优美的图形界面需要巨大的工作量。同时，DOS也早已停止向更高版本发展，制约了其智能化的进一步发展。
发明内容
为了克服上述不足，本实用新型提供一种基于windows的水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在水轮发电机组的上机架2、下机架3、顶盖5上分别安装有一对振动传感器8，在主轴10的上导1、水导4、法兰6上分别安装有一对电涡流位移传感器9。振动传感器8和电涡流位移传感器9经抗干扰电路和信号调理电路与采集硬件相连，采集硬件与计算机接口相连。
本实用新型的有益效果是，本装置是集监测和实时故障诊断为一体的系统，它是以水电机组计算机监测系统和一些特殊传感器以及信号测量装置为硬件及基础，并在此基础上增加水轮发电机组实时专家模糊故障诊断而构成的。本实用新型能够代替该领域的专家，并能完整地记录下推理、判断、提高了诊断的可信度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型监测点布置示意图；
图2为本实用新型振动监测系统的硬件结构图；
图3为本实用新型诊断过程框图；
图4为本实用新型的功能模块图。
图中1.上导，2.上机架，3.下机架，4.水导，5.顶盖，6.法兰，7.转轮，8.振动传感器，9.电涡流位移传感器，10.主轴。
具体实施方式
本系统故障诊断过程如图3所示，硬件结构如图2所示。首先由传感器采集水轮发电机组状态信号。通过研究表明：水轮发电机组的绝大部分故障信息都反映在机组的主轴的振动状态信息中，同时在机组的上、下机架、顶盖也有表现。因此在本系统中主要监测水轮发电机组的三个固定点的振动状态，即是：
水轮发电机组上机架2的水平、垂直振动，下机架3的水平、垂直振动，顶盖5的水平、垂直振动以及主轴的振动状态，主轴10主要检测其在上导1、水导4、法兰6三个点的X向与Y向摆度。监测三个固定点选用清华大学清仪公司研制的DP型低频振动传感器8，监测主轴的摆度选用广州精信仪表有限公司研制的JX20系列的电涡流位移传感器9。监测点的位置如图1所示。
由于本系统的振动信号中可能会包含损害计算机的高压，出于安全方面的考虑，必须在计算机和传感器之间进行隔离，同时，隔离的另外一个目的是避免本系统受到地电位或者共模电压差异的影响，而且对毫伏级的输入信号还可提高噪声抑制能力，由于生产现场的信号包含许多噪声，在信号送入PC机分析前加入了一个低通滤波器以消除噪声，又由于振动信号变化速度快，还加入了一个抗混滤波器。本系统放置在强电磁干扰环境中，还必须有抗干扰电路，本系统在台湾研华科技生产的端子板PCKD-881B的基础上设计了各种抗干扰电路。
机组的状态信号必须通过传感器有数据采集卡采集后才能输入PC机分析处理，本系统选用台湾研华科技生产的PCI-1713经济型数据采集卡，该数据采集卡最高采样速率为100KHz，精度12bit，32路单端模拟输入或16路差动输入或者是两种方式的混合形式，卡上具有4K的FIFO，当FIFO半满的时候，可以产生一个中断信号，此性能可以实现高速连续采样。
数据进入PC机后，将在PC机里分析处理提取故障特征利用模糊诊断专家系统进行故障诊断，同时完成系统管理、网络通信管理等辅助功能，其整个监测系统如图4所示。
实时数据采集模块和数据标定处理模块完成数据的采集及对数据的数值进行标定，数值标定后由实时数据库完成数据的存储。要提取故障特征必须对数据进行分析处理，数据分析处理模块具有强大的分析处理功能，可以对数据进行时域、频域、时频域分析，其分析方法几乎囊括目前所有的信号分析技术，时域分析包括波形、幅值、轴心轨迹分析；频域分析包括频谱、相位和瀑布图；时频域分析包括小波分析和Hilbert-Huang分析，以便能在时间和频率上同时表示各测点信号的能量或强度；同时能够以棒图、数据表格等方式实时显示所监测的数据和状态，并以不同颜色进行声光报警显示；对振动、轴位移等参数进行趋势分析，能根据标准值的限定范围实现劣化分析。
任何机械在运行时都会产生振动，振动参量比其它状态参量，例如润滑油或内部瘤体的温度、压力、硫量或电流等更能直接、快速准确地反映机组运行状态，同时过大的振动又往往是机组破坏的主要原因。报警及其管理模块通过对历史数据的分析设定振动阀值(也可由设备管理人员自行设定)，当振动超过阀值时系统发出报警信号，该模块还具有黑匣子功能，会建立黑匣子数据库，能追忆和分析报警前后有关的详细数据，为以后进行故障机理分析及维修提供参考数据。报警及其管理模块能掌握维修的恰当时间，避免灾难性事故的发生，减少维修时间，降低维修费用，提高设备运行时间。
故障诊断模块是一个利用机组状态监测数据、具有自动知识获取能力且能进行高速推理的在线故障模糊诊断专家系统。由于水轮发电机组的故障与一般机械相比有其特殊性，除考虑机械方面的因素外，还需考虑流体流动压力与发电机电磁力的影响。机组运行时，这三方面的因素互相耦合、互相影响，关系复杂，在故障征兆上表现为模糊性，诊断经验知识的不确定性。模糊诊断专家系统是根据长期的实践经验和大量的故障信息知识，设计的一种智能计算机程序系统，它能够处理这种不确定性，并能在信息不完全的情况下作出判断和裁决。
系统管理模块可以实现数据库的管理，包括历史、起停机、报警、事件等特征数据库等，并能自动进行维护，对过期数据自动清理，对特殊数据进行保护和备份，同时进行报表的打印等。
网络通信模块具有多种通信网络接口，可与智能仪表及企业CIMS系统通信，实现数据共享，满足企业日益增长的不同系统之间交流信息共享数据的需要，同时可方便的利用现有的局域网构建公司级机组状态监测网。设备管理工程师在网络可及的范围内，即可方便地实现机组的在线监测分析和诊断，随时掌握机组的状态，使其状态监测工作更加有效。
帮助模块将对系统的使用、常见故障等做出说明，以方便使用者查询、求助，解决基本的技术问题。

Claims (1)

1、一种水轮发电机组监测及专家模糊诊断装置，其特征在于：在水轮发电机组的上机架(2)、下机架(3)、顶盖(5)上分别安装有一对振动传感器(8)，在主轴(10)的上导(1)、水导(4)、法兰(6)上分别安装有一对电涡流位移传感器(9)，振动传感器(8)和电涡流位移传感器(9)经抗干扰电路和信号调理电路与采集硬件相连，采集硬件与计算机接口相连。
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