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专利名称：贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311440860.2

专利申请（专利权）人：湖南兆恒水电有限公司
权利人地址：湖南省常德市石门县楚江街道双红社区电站南路001号

专利发明（设计）人：杨生淼

专利摘要：本发明公开了贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统，本发明涉及贯流式机组状态监测技术领域，解决了未将机组的整个全过程参数变化以及之间的趋势关系考虑在内，导致趋势预警存在一定的准度问题，本发明通过逐层进行分析确定，判定其存在传动关系的组件是否工作正常，若前方的组件存在异常，那么后方的组件便不需要进行分析，其产生的数值必定存在异常，若前方的组件参数属于正常参数，则往后进行分析，锁定对应的参数变化，从而判定其后方组件是否参数正常；改变原始的状态分析方式，对组件之间传动变化趋势进行考虑，其分析的数值更为全面，更为精准，从而保障了机组状态分析的全面度。

主权利要求：
1.贯流式机组状态趋势预警系统，其特征在于，包括：
机组数据采集端，对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，其中工作参数包括转轮室的转速参数、齿轮箱的传动速率参数以及发电机的发电效率，其中所采集的工作参数分别传输至数据库以及一阶数据分析端内；
数据库，对所采集的工作参数进行周期性存储，并进行定期更新，当所存储的工作参数的时间期限超过72h后，则自动进行删除，不进行保存；
变化趋势分析端，对数据库内所存储的工作参数进行变化趋势分析，其工作参数为本时刻前5min的工作参数，对转轮室、齿轮箱以及发电机之间所产生的适配变化趋势进行锁定，并将其锁定的适配变化趋势捆绑为一组适配包，并将所捆绑的若干个适配包作为标准包，供一阶数据分析端和二阶数据分析端进行提。咛宸绞轿：限定分阶阈值X1，其中X1为预设值，取值100r/min，将转轮室所产生的若干个工作参数进行区间分类，以X1为一个分界点，使转速参数分类为若干个不同区间的参数，其中若干个区间包括：(0，X1]，(X1，2X1]，(2X1，3X1]，……；
将(0，X1]区间内，转轮室内不同的转速参数以及所对应的齿轮箱的传动速率参数之间的爬升趋势进行确定，将转速参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成转速爬升区间，再对齿轮箱的传动速率参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成所对应的传动爬升区间，同时记录转轮室的第一组爬升点的时间点，随后确定齿轮箱开始爬升的时间点，通过两组时间点确定反应时间，再对其他爬升点进行确定，从若干个反应时间内确定最小值以及最大值，从而锁定此单一区间内转轮室与齿轮箱之间的一阶反应时间区间；
再将(0，X1]区间内，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行确定，再采用上述相同的方式，根据所确定的齿轮箱的传动爬升区间，确定发电机工作参数的发电爬升区间，同时，再采用上述相同的方式，确认齿轮箱与发电机之间的二阶反应时间区间，将(0，X1]区间内所产生的转速爬升区间、一阶反应时间区间、传动爬升区间、二阶反应时间区间以及发电爬升区间作为一组适配包；
再对其他单一区间内的工作参数进行确定，生成若干组不同的适配包；
机组数据采集端，将实时采集的工作参数传输至一阶数据分析端内，其中一阶数据分析端，将转轮室与齿轮箱之间的传动数据进行分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；
二阶数据分析端，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内。
2.根据权利要求1所述的贯流式机组状态趋势预警系统，其特征在于，所述一阶数据分析端，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常的具体方式为：根据转轮室的转速参数，确定此转速参数的所属区间，随后锁定对应的适配包，确认此转速参数是否属于爬升参数，若此转速参数相比于上一时间点，其数值要大，则此转速参数为爬升参数，执行下一步处理，反之，不进行任何处理；
分析此阶段转轮室转速参数开始爬升时，其齿轮箱内部传动速率参数开始爬升的时间差，将此时间差标定为SC，分析SC是否满足：SC∈一阶反应时间区间，若满足此条件：分析转轮室转速参数所产生的爬升趋势是否属于转速爬升区间，若属于转速爬升区间：
判定齿轮箱传动速率参数的爬升趋势是否属于传动爬升区间，若属于，则执行二阶数据分析端，若不属于，则生成齿轮箱传动异常信号，并传输至预警端内；
若不属于转速爬升区间，则继续监视；
若SC不满足对应条件，则生成齿轮箱反应异常信号，并传输至预警端内。
3.根据权利要求1所述的贯流式机组状态趋势预警系统，其特征在于，所述二阶数据分析端，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常的具体方式为：根据所确定的所属区间确定适配包，确认此阶段齿轮箱内部传动速率参数开始爬升时，其发电机内部发电效率开始爬升的时间差，将此时间差标定为SS，分析SS是否满足：SS∈二阶反应时间区间，若满足此条件：则分析发电机内部发电效率爬升趋势是否属于发电爬升区间，若属于，则不进行任何处理，若不属于，则生成发电机发电异常信号，并传输至预警端内；
若 二阶反应时间区间，则生成发电机反应异常信号，并传输至预警端内。
4.根据权利要求1所述的贯流式机组状态趋势预警系统，其特征在于，所述预警端，根据所接收到的处理信号，进行预警处理，并直接进行展示，供外部人员进行查看，其中处理信号包括齿轮箱传动异常信号、齿轮箱反应异常信号、发电机发电异常信号以及发电机反应异常信号。
5.贯流式机组状态评价分析方法，该分析方法基于权利要求1?4任一项所述的趋势预警系统进行运行，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，通过分析过往的工作参数，确定不同区间之间所产生的适配包；
步骤二、通过机组数据采集端，对实时产生的工作参数进行采集，并通过一阶数据分析端进行数据分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；
步骤三、在转轮室以及齿轮箱均正常的状态下，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；
步骤四、预警端根据所接收到的异常信号，及时预警展示，供外部人员查看，及时作出对应措施。 说明书 : 贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统技术领域[0001] 本发明涉及贯流式机组状态监测技术领域，具体为贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统。背景技术[0002] 贯流式水轮机组，是一种卧轴式水轮机，即水流在流道内基本上沿着水平轴向运动；它主要适用于1～25m的水头，是低水头、大流量水电站的一种专用机型；由于其水流在流道内基本上沿轴向运动，不转弯，因此机组的过水能力和水力效率能有所提高。[0003] 专利公开号为CN112818525A的申请公开了一种水电机组状态评价方法，利用大数据技术和云理论结合层次分析法，在已知机组历史健康运行数据情况下，评估机组的现行运行状态；通过计算评估机组当前的运行状态，结合相应检修准则，以便于机组状态检修的实现。本发明还提供了一种水电机组状态评价系统，通过数据读存模块、工况区分模块、大数据统计模块、云理论模块、专家打分模块、层次分析法模块、熵权法模块、权值融合模块、评价结果及检修策略模块九个模块，从而实现水电机组状态评价。[0004] 贯流式水轮机组在进行运行过程中，各个组件之间均存在对应的连动关系，在连动过程中，会存在一个带动关系以及一个带动时间，过往的状态分析只是针对于单个组件进行正常分析，从而判定其数值是否正常，但此种方式，并不全面，未将机组的整个全过程参数变化以及之间的趋势关系考虑在内，导致趋势预警存在一定的准度问题。发明内容[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统，解决了未将机组的整个全过程参数变化以及之间的趋势关系考虑在内，导致趋势预警存在一定的准度问题。[0006] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：贯流式机组状态趋势预警系统，包括：[0007] 机组数据采集端，对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，其中工作参数包括转轮室的转速参数、齿轮箱的传动速率参数以及发电机的发电效率，其中所采集的工作参数分别传输至数据库以及一阶数据分析端内；[0008] 数据库，对所采集的工作参数进行周期性存储，并进行定期更新，当所存储的工作参数的时间期限超过72h后，则自动进行删除，不进行保存；[0009] 变化趋势分析端，对数据库内所存储的工作参数进行变化趋势分析，具体方式为：[0010] 限定分阶阈值X1，其中X1为预设值，一般取值100r/min，将转轮室所产生的若干个工作参数进行区间分类，以X1为一个分界点，使转速参数分类为若干个不同区间的参数，其中若干个区间如：(0，X1]，(X1，2X1]，(2X1，3X1]，……，等；[0011] 将(0，X1]区间内，转轮室内不同的转速参数以及所对应的齿轮箱的传动速率参数之间的爬升趋势进行确定，将转速参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成转速爬升区间，再对齿轮箱的传动速率参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成所对应的传动爬升区间，同时记录转轮室的第一组爬升点的时间点，随后确定齿轮箱开始爬升的时间点，通过两组时间点确定反应时间，再对其他爬升点进行确定，从若干个反应时间内确定最小值以及最大值，从而锁定此单一区间内转轮室与齿轮箱之间的一阶反应时间区间；[0012] 再将(0，X1]区间内，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行确定，再采用上述相同的方式，根据所确定的齿轮箱的传动爬升区间，确定发电机工作参数的发电爬升区间，同时，再采用上述相同的方式，确认齿轮箱与发电机之间的二阶反应时间区间，将(0，X1]区间内所产生的转速爬升区间、一阶反应时间区间、传动爬升区间、二阶反应时间区间以及发电爬升区间作为一组适配包；[0013] 再对其他单一区间内的工作参数进行确定，生成若干组不同的适配包；[0014] 机组数据采集端，将实时采集的工作参数传输至一阶数据分析端内，其中一阶数据分析端，将转轮室与齿轮箱之间的传动数据进行分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，具体方式为：[0015] 根据转轮室的转速参数，确定此转速参数的所属区间，随后锁定对应的适配包，确认此转速参数是否属于爬升参数，若此转速参数相比于上一时间点，其数值要大，则此转速参数为爬升参数，执行下一步处理，反之，不进行任何处理；[0016] 分析此阶段转轮室转速参数开始爬升时，其齿轮箱内部传动速率参数开始爬升的时间差，将此时间差标定为SC，分析SC是否满足：SC∈一阶反应时间区间，若满足此条件：[0017] 分析转轮室转速参数所产生的爬升趋势是否属于转速爬升区间，若属于转速爬升区间：[0018] 判定齿轮箱传动速率参数的爬升趋势是否属于传动爬升区间，若属于，则执行二阶数据分析端，若不属于，则生成齿轮箱传动异常信号，并传输至预警端内；[0019] 若不属于转速爬升区间，则继续监视；[0020] 若SC不满足对应条件，则生成齿轮箱反应异常信号，并传输至预警端内；[0021] 二阶数据分析端，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，具体方式为：[0022] 根据所确定的所属区间确定适配包，确认此阶段齿轮箱内部传动速率参数开始爬升时，其发电机内部发电效率开始爬升的时间差，将此时间差标定为SS，分析SS是否满足：SS∈二阶反应时间区间，若满足此条件：[0023] 则分析发电机内部发电效率爬升趋势是否属于发电爬升区间，若属于，则不进行任何处理，若不属于，则生成发电机发电异常信号，并传输至预警端内；[0024] 若 二阶反应时间区间，则生成发电机反应异常信号，并传输至预警端内。[0025] 优选的，所述预警端，根据所接收到的处理信号，进行预警处理，并直接进行展示，供外部人员进行查看，其中处理信号包括齿轮箱传动异常信号、齿轮箱反应异常信号、发电机发电异常信号以及发电机反应异常信号。[0026] 优选的，贯流式机组状态评价分析方法，包括以下步骤：[0027] 步骤一、对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，通过分析过往的工作参数，确定不同区间之间所产生的适配包；[0028] 步骤二、通过机组数据采集端，对实时产生的工作参数进行采集，并通过一阶数据分析端进行数据分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；[0029] 步骤三、在转轮室以及齿轮箱均正常的状态下，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；[0030] 步骤四、预警端根据所接收到的异常信号，及时预警展示，供外部人员查看，及时作出对应措施。[0031] 本发明提供了贯流式机组状态评价分析方法及趋势预警系统。与现有技术相比具备以下有益效果：[0032] 本发明通过贯流式机组内部所存在的连动关系，对各个组件之间的传动参数进行确认并进行分析，生成各个组件相互关联的适配包，其数值为实时更新状态，将部件老化的因素考虑在内，使成为标准的适配包更为精准，后期进行趋势预警的精准度更高；[0033] 通过逐层进行分析确定，判定其存在传动关系的组件是否工作正常，若前方的组件存在异常，那么后方的组件便不需要进行分析，其产生的数值必定存在异常，若前方的组件参数属于正常参数，则往后进行分析，锁定对应的参数变化，从而判定其后方组件是否参数正常；改变原始的状态分析方式，对组件之间传动变化趋势进行考虑，其分析的数值更为全面，更为精准，从而保障了机组状态分析的全面度。附图说明[0034] 图1为本发明原理框架示意图；[0035] 图2为本发明方法流程走向示意图。具体实施方式[0036] 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。[0037] 实施例一[0038] 请参阅图1，本申请提供了贯流式机组状态趋势预警系统，包括机组数据采集端、数据库、变化趋势分析端、一阶数据分析端、二阶数据分析端以及预警端；[0039] 其中机组数据采集端分别与数据库和一阶数据分析端输入节点电性连接，其中数据库、变化趋势分析端至一阶数据分析端依次从输出节点向输入节点电性连接，其中变化趋势分析端与二阶数据分析端输入节点电性连接，且一阶数据分析端以及二阶数据分析端均与预警端输入节点电性连接；[0040] 所述机组数据采集端，对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，其中工作参数包括转轮室的转速参数、齿轮箱的传动速率参数以及发电机的发电效率，其中所采集的工作参数分别传输至数据库以及一阶数据分析端内，具体的，所采集的机组数据均由设置于机组不同区域的传感器进行确定，其确定的具体数值均为实时产生的参数；[0041] 所述数据库，对所采集的工作参数进行周期性存储，并进行定期更新，当所存储的工作参数的时间期限超过72h后，则自动进行删除，不进行保存；[0042] 所述变化趋势分析端，对数据库内所存储的工作参数进行变化趋势分析，其工作参数为本时刻前5min的工作参数，对转轮室、齿轮箱以及发电机之间所产生的适配变化趋势进行锁定，并将其锁定的适配变化趋势捆绑为一组适配包，并将所捆绑的若干个适配包作为标准包，供一阶数据分析端和二阶数据分析端进行提。渲，进行变化趋势分析的具体方式为：[0043] 限定分阶阈值X1，其中X1为预设值，一般取值100r/min，将转轮室所产生的若干个工作参数进行区间分类，以X1为一个分界点，使转速参数分类为若干个不同区间的参数，其中若干个区间如：(0，X1]，(X1，2X1]，(2X1，3X1]，……，等；[0044] 将(0，X1]区间内，转轮室内不同的转速参数以及所对应的齿轮箱的传动速率参数之间的爬升趋势进行确定，将转速参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成转速爬升区间，再对齿轮箱的传动速率参数之间的最大爬升速率以及最小爬升速率进行确定，并生成所对应的传动爬升区间，同时记录转轮室的第一组爬升点的时间点，随后确定齿轮箱开始爬升的时间点，通过两组时间点确定反应时间，再对其他爬升点进行确定，从若干个反应时间内确定最小值以及最大值，从而锁定此单一区间内转轮室与齿轮箱之间的一阶反应时间区间；[0045] 再将(0，X1]区间内，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行确定，再采用上述相同的方式，根据所确定的齿轮箱的传动爬升区间，确定发电机工作参数的发电爬升区间，同时，再采用上述相同的方式，确认齿轮箱与发电机之间的二阶反应时间区间，将(0，X1]区间内所产生的转速爬升区间、一阶反应时间区间、传动爬升区间、二阶反应时间区间以及发电爬升区间作为一组适配包；[0046] 再对其他单一区间内的工作参数进行确定，生成若干组不同的适配包；[0047] 具体的，贯流式机组的具体传动方式为：外部的水源带动转轮室内部的转轮进行转动，随后转动便带动齿轮箱内部的齿轮进行传动，其被传动杆便带动发电机进行发电，故三者之间存在联动关系，其连动过程中，均存在对应的反应时间，因贯流式机组内工作器件存在老化情况，故需要充分考虑数据的更新性，过往的数据并不能成为一个较好的待定标准，现有的数据才可作为标准参考，在进行传动时，前一传动组件开始传动时，会存在传动速率，从而带动后续的传动组件进行传动，其变化趋势均是相对应的。[0048] 结合图2，机组数据采集端，将实时采集的工作参数传输至一阶数据分析端内，其中一阶数据分析端，将转轮室与齿轮箱之间的传动数据进行分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内，其中，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常的具体方式为：[0049] 根据转轮室的转速参数，确定此转速参数的所属区间，随后锁定对应的适配包，确认此转速参数是否属于爬升参数，若此转速参数相比于上一时间点，其数值要大，则此转速参数为爬升参数，执行下一步处理，反之，不进行任何处理；[0050] 分析此阶段转轮室转速参数开始爬升时，其齿轮箱内部传动速率参数开始爬升的时间差，将此时间差标定为SC，分析SC是否满足：SC∈一阶反应时间区间，若满足此条件：[0051] 分析转轮室转速参数所产生的爬升趋势是否属于转速爬升区间，若属于转速爬升区间：[0052] 判定齿轮箱传动速率参数的爬升趋势是否属于传动爬升区间，若属于，则执行二阶数据分析端，若不属于，则生成齿轮箱传动异常信号，并传输至预警端内；[0053] 若不属于转速爬升区间，则继续监视；[0054] 若SC不满足对应条件，则生成齿轮箱反应异常信号，并传输至预警端内。[0055] 实施例二[0056] 本实施例在具体实施过程中，相比于实施例一，其具体区别在于，本实施例主要针对于二次实施处理过程，其具体实施方式为：[0057] 所述二阶数据分析端，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内，其中，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常的具体方式为：[0058] 根据所确定的所属区间确定适配包，确认此阶段齿轮箱内部传动速率参数开始爬升时，其发电机内部发电效率开始爬升的时间差，将此时间差标定为SS，分析SS是否满足：SS∈二阶反应时间区间，若满足此条件：[0059] 则分析发电机内部发电效率爬升趋势是否属于发电爬升区间，若属于，则不进行任何处理，若不属于，则生成发电机发电异常信号，并传输至预警端内；[0060] 若 二阶反应时间区间，则生成发电机反应异常信号，并传输至预警端内。[0061] 所述预警端，根据所接收到的处理信号，进行预警处理，并直接进行展示，供外部人员进行查看，其中处理信号包括齿轮箱传动异常信号、齿轮箱反应异常信号、发电机发电异常信号以及发电机反应异常信号。[0062] 具体的，通过逐层进行分析确定，判定其存在传动关系的组件是否工作正常，若前方的组件存在异常，那么后方的组件便不需要进行分析，其产生的数值必定存在异常，若前方的组件参数属于正常参数，则往后进行分析，锁定对应的参数变化，从而判定其后方组件是否参数正常，若参数正常，则代表此贯流式机组属于工作正常的情况，若工作异常，则直接生成对应的信号即可；[0063] 改变原始的状态分析方式，对组件之间传动变化趋势进行考虑，其分析的数值更为全面，更为精准，从而保障了机组状态分析的全面度。[0064] 实施例三[0065] 贯流式机组状态评价分析方法，包括以下步骤：[0066] 步骤一、对贯流式机组内部的转轮室、齿轮箱以及发电机所产生的工作参数进行采集，通过分析过往的工作参数，确定不同区间之间所产生的适配包；[0067] 步骤二、通过机组数据采集端，对实时产生的工作参数进行采集，并通过一阶数据分析端进行数据分析，判定转轮室与齿轮箱之间的传动是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；[0068] 步骤三、在转轮室以及齿轮箱均正常的状态下，对齿轮箱与发电机之间的工作参数进行分析，判定齿轮箱与发电机之间的参数是否正常，并生成处理信号，传输至预警端内；[0069] 步骤四、预警端根据所接收到的异常信号，及时预警展示，供外部人员查看，及时作出对应措施。[0070] 实施例四[0071] 本实施例在具体实施过程中，包含上述三组实施例的全部实施过程。[0072] 上述公式中的部分数据均是去其纲量进行数值计算，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。[0073] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，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法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

专利地区：湖南

专利申请日期：2023-11-01

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN117491008B