[发明专利]水轮机转轮实时状态评估和生命周期管理预测系统

说明书

本发明属于水轮发电机组状态监测技术领域，公开了一种水轮机转轮运行状态实时健康评估和全生命周期管理及预测系统，根据电站机组转轮的固有特性、转轮制造信息、机组安装信息、机组实时运行数据、机组过流水质及泥砂含量等综合信息对转轮的运行健康状态进行实时评估，并在显示台上实时数字化显示转轮运行状态信息、转轮的运行健康度、转轮止漏环实时间隙值、转轮劣化程度与疲劳寿命、转轮预测检修周期、转轮运行评估报告、机组运维优化建议等信息，为水电机组的安全、稳定、经济运行、合理检修和故障诊断提供定量的科学决策支持。

技术领域

本发明专利属于水轮发电机组状态监测与健康评估技术领域，具体涉及为一种水轮机转轮实时状态评估和生命周期管理预测系统。

背景技术

水轮发电机组的转轮对整个机组的安全经济稳定运行至关重要，目前不少电站均出现转轮磨损及汽蚀严重、转轮叶片裂纹、转轮止漏环碰磨等问题。而且，多数水电机组已接入电网AGC，即机组自动发电控制，AGC的投入使得水电机组运行方式发生较大变化，即多台机组长时间带部分负荷运行、机组负荷调节频繁、负荷变动幅度大且调节速度快、机组频繁跨越振动区和机组开停机频繁，加剧转轮叶片的空蚀程度、恶化转轮叶片受力情况并诱发转轮疲劳裂纹。由于目前转轮在线监测和评估技术的限制，多数机组只能在定期检修时才能发现上述问题，这给机组的安全、经济、稳定运行带来很大的隐患。

目前，行业内针对转轮空蚀和裂纹尚无法直接监测，现有技术多集中于流道压力监测、流道压力脉动监测、超声监测、噪音监测、振动摆度监测以及声发射技术等间接监测手段，上述方法均存在以下主要难题：1)故障样本缺乏，信号噪音复杂，有效特征信号提取困难；2)滞后性，如振动摆度监测、噪音监测和声发射技术，只有当转轮出现裂纹或裂纹发展到一定程度后，才能监测到相关特征信号，无法有效的指导电站优化运行和预知性检修。

目前行业内针对转轮的安全评估，多基于合同约束值，针对机组运行若干特定工况对转轮进行刚度、强度、动力特性和疲劳寿命分析。对其疲劳寿命的评估一般基于合同所约束的且极为简化的疲劳荷载谱进行相关计算，由于无法获取真机实时运行工况数据，其计算结果无法满足转轮真实疲劳损伤程度的评估需求。

如在现有技术中，公开号为CN105678025A，公开日为2016年6月15日，名称为“基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法及系统”的发明专利文献，公开了一种基于动应力测试和稳定性试验水轮机运行优化方法及系统，首先结合水轮机模型分析在各运行区域下的运行特点；获取水轮机真机运行状态实时数据，通过水电机组在线监测系统分析统计运行时的状态量；通过对水轮机转轮的静应力进行有限元分析，核查转轮在各种工况下最大静应力数值和部位；然后对水轮机进行动应力测试，分析和评估动态应力和转轮运行寿命；测试水轮机全水头、全负荷段稳定性试验，最后获取水轮机各重要部位的参数，评估出机组运行的振动区和稳定运行区；最大限度的保证机组运行安全，避免转轮裂纹产生延长检修周期，提高水轮机的安全稳定性，保证机组的安全经济运行。该专利方案存在以下不足之处：1)转轮寿命评估仅考虑实测动应力，实际影响因素较多，如机组全流道水力设计、转轮固有特性、转轮材料、制造工艺和残余应力等；2)影响转轮运行健康状态的指标包括空蚀与磨蚀，该专利未涉及和未引入相关的评估参数，如机组过流水质信息和泥砂含量等；3)未涉及转轮止漏环间隙的安全评估。

水轮机组在实际运行中，其工况多复杂多变，机组压力脉动、汽蚀、泥砂磨损、转轮制造质量、机组安装质量、机组轴系运行状态等因素对转轮的振动、应力和疲劳寿命等均有较大影响，且转轮在线流体仿真和在线结构有限元仿真技术尚未可行，目前尚无相关系统能综合考虑上述因素对转轮的运行状态进行实时评估和生命周期管理及预测。

发明内容

本发明提供了一种根据电站机组转轮的固有特性、转轮制造质量、机组安装质量、机组实时运行数据、泥砂含量等综合信息对转轮的运行状态进行实时自动评估和对转轮疲劳寿命进行定期自动评估，并在显示台上实时显示转轮运行状态的优劣程度、转轮剩余疲劳寿命、推荐检修期等信息，为电站机组的安全运行与合理检修提供定量的科学决策的转轮实时运行状态健康评估和全生命周期管理及预测系统。