本發(fā)明屬于電子領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法。

背景技術(shù)：

水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)診斷直接關(guān)系到水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行、電力質(zhì)量和電力生產(chǎn)成本等重要的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，其社會(huì)效益巨大。隨著電站規(guī)模和監(jiān)測(cè)輔助系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，機(jī)組的控制和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息量越來(lái)越大，運(yùn)行操作人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控、對(duì)設(shè)備故障做出迅速而準(zhǔn)確地判斷變得越來(lái)越困難，因此，研究開發(fā)智能水電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)是非常必要的。水電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中難免發(fā)生各種各樣的異常情況，同一異?，F(xiàn)象可能有不同的產(chǎn)生原因，并且出現(xiàn)的故障具有隨機(jī)性，其中許多事電站工作人員無(wú)法預(yù)先、直接檢測(cè)到的，一般要根據(jù)工作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析來(lái)查找故障發(fā)生的原因及部位，因而有一定的主觀性和局限性。

因此，為保障水電機(jī)組的正常安全運(yùn)行，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“預(yù)測(cè)性檢修”防患于未然是工程界夢(mèng)寐以求的理想，也是大型電站機(jī)組檢修的發(fā)展方向。

水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷是近幾年興起的一門識(shí)別機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，涉及的專業(yè)范圍廣。及時(shí)準(zhǔn)確地診斷出水電機(jī)組的狀態(tài)和故障，對(duì)提高水電機(jī)組工作穩(wěn)定性、安全可靠性具有重大意義。

傳統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)組的故障診斷主要有以下4種方法：

(1)基于信號(hào)處理的診斷方法

基于信號(hào)處理的診斷方法是各種診斷方法的基礎(chǔ)和前提，作為一種傳統(tǒng)的故障診斷方法，根據(jù)系統(tǒng)可測(cè)信號(hào)的特征值，如幅值、相位、頻率、方差等，以及信號(hào)之間的相關(guān)性，與故障源之間存在的某種關(guān)系，通過(guò)信號(hào)處理和特征提取，找出其與故障源之間的映射關(guān)系來(lái)進(jìn)行運(yùn)行設(shè)備的故障診斷。目前常用的信號(hào)處理方法包括時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻域分析法等。

(2)基于解析模型的診斷方法

基于解析模型的診斷方法是以控制理論為基礎(chǔ)的診斷方法。把設(shè)備看成一個(gè)具有一定輸入、輸出關(guān)系的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的輸入，輸出關(guān)系建立數(shù)學(xué)表達(dá)或解析表達(dá)模型，利用觀測(cè)器、濾波器、等價(jià)空間方程、參數(shù)模型估計(jì)與辨識(shí)等方法產(chǎn)生殘差，根據(jù)模型的殘差來(lái)判斷發(fā)生故障的可能性。水電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)，建立比較準(zhǔn)備的數(shù)學(xué)模型往往很難得到，這也限制了基于解析模型的診斷方法在水電機(jī)組故障診斷的應(yīng)用。目前常用的解析模型方法包括參數(shù)估計(jì)方法、狀態(tài)估計(jì)方法、等價(jià)空間方法等。

(3)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的診斷方法

涉及研究領(lǐng)域的知識(shí)表達(dá)、處理和應(yīng)用的方法，統(tǒng)稱為基于知識(shí)的診斷方法，如故障征兆樹方法、專家系統(tǒng)方法等，他們的特點(diǎn)是將專業(yè)知識(shí)通過(guò)語(yǔ)義和框架的方式進(jìn)行表達(dá)，故障的診斷則采用推理和推理過(guò)程進(jìn)行，如產(chǎn)生式規(guī)則推理、邏輯推理、模糊知識(shí)推理等。目前常用的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的診斷方法包括符號(hào)有向圖分析方法、故障樹分析方法、專家系統(tǒng)診斷法等。

(4)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的診斷方法

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷方法就是利用設(shè)備長(zhǎng)期積累的在線或離線的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而不需要精確的數(shù)學(xué)解析模型，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析模式進(jìn)行識(shí)別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或支持向量機(jī)模型分類等方法，通過(guò)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和建模，將設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和分類，最終得到系統(tǒng)可能存在的故障。目前常用的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、支持向量機(jī)診斷方法、統(tǒng)計(jì)分析診斷方法、模糊診斷方法等。

水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)行，定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙均勻。此時(shí)定轉(zhuǎn)子徑向各點(diǎn)所受的磁拉力是均勻的，其在徑向上所受合力為零。這種均勻的磁拉力對(duì)定轉(zhuǎn)子的剛度有加強(qiáng)作用。由于制造質(zhì)量或安裝不當(dāng)將造成定轉(zhuǎn)子相對(duì)偏心或運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組故障而產(chǎn)生不平衡磁拉力。磁拉力不平衡引起的故障對(duì)電機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，引起轉(zhuǎn)軸撓度增大和機(jī)組振動(dòng)等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)使機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。因此，如何比較準(zhǔn)確方便地計(jì)算水輪發(fā)電機(jī)不同工況下的磁拉力不平衡，對(duì)于機(jī)組設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)軸振動(dòng)分析都是十分重要的。

國(guó)內(nèi)在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，二十世紀(jì)70年代末開始研究和嘗試應(yīng)用診斷技術(shù)，二十世紀(jì)90年代開始進(jìn)行智能化故障診斷的研究工作，研究方法集中在模糊邏輯法、故障樹分析法、專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，其中專家系統(tǒng)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是應(yīng)用的熱點(diǎn)。許多監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)也開始投入使用，但大都集中在汽輪機(jī)以及其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)與故障診斷，針對(duì)水電機(jī)組的應(yīng)用很少。這主要由于水電機(jī)組轉(zhuǎn)速低，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行沒(méi)有給予足夠的重視，使得水電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究落后于其他(大型)旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

在水輪發(fā)電機(jī)組中，磁拉力不平衡的傳統(tǒng)算法是利用經(jīng)驗(yàn)公式及人工分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同而得出。這種方法是將不均勻磁拉力簡(jiǎn)化成與偏心率成正比的線性關(guān)系，對(duì)各不平衡磁拉力的計(jì)算進(jìn)行分析和對(duì)比，這種方法的誤差較大，無(wú)法精確計(jì)算。后來(lái)又出現(xiàn)了有限元數(shù)值法計(jì)算這種不平衡磁拉力，這種算法是基于當(dāng)定轉(zhuǎn)子相對(duì)偏心時(shí)，氣隙磁密將隨氣隙的變化而變化，同時(shí)磁拉力也隨之變化。這種算法比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)算法更準(zhǔn)確一些，但使實(shí)際應(yīng)用時(shí)很不方便。尤其對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)組，由于定子槽數(shù)及轉(zhuǎn)子磁極較多，使有限元計(jì)算受到很多限制。

另外，傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障的分析方法，面向的是通頻范圍內(nèi)的檢測(cè)，并不能針對(duì)不同工況、不同的頻域范圍區(qū)間的數(shù)值進(jìn)行分析。因此，對(duì)磁拉力不平衡的故障描述也無(wú)法達(dá)到清晰和準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是采用參數(shù)辨識(shí)的方法，建立數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)從在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中自動(dòng)選擇可以反映磁拉力不平衡故障的特征參數(shù)，來(lái)辨識(shí)系統(tǒng)是否存在磁拉力不平衡故障，并完成自動(dòng)繪制趨勢(shì)圖及相關(guān)趨勢(shì)圖等特性曲線，自動(dòng)出具分析診斷報(bào)告，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障的自動(dòng)分析診斷功能。

本發(fā)明提供一種基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法，其包括以下步驟：

選取最近一次開機(jī)過(guò)程或停機(jī)過(guò)程的在線記錄數(shù)據(jù)；

根據(jù)勵(lì)磁電流值或者機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)值，選擇無(wú)勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量以及無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave；

根據(jù)勵(lì)磁電流值或者發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，選擇投勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的空載條件1X分量振動(dòng)矢量空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量以及空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}；

根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量和空載條件1X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后定轉(zhuǎn)子偏心引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_1X；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量和空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后轉(zhuǎn)子不圓引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_{2X_8X}；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave和空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的擺度間隙變化量ΔS_ave；根據(jù)ΔS_ave計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的軸系偏移方位ΔΦ_ave；

如果ΔA_1X≥ΔA_{l_1X}，判斷存在定轉(zhuǎn)子偏心故障；

如果ΔA_{2X_8X}≥ΔA_{l_2X_8X}，判斷存在轉(zhuǎn)子不圓故障；

如果ΔS_ave≥ΔS_{l_ave}，判斷存在定子不圓故障，且定子不圓最突出方位在ΔΦ_ave處。

優(yōu)選的是，所述的基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法中，

ΔS_ave＝S_{ul_ave}-S_ave

優(yōu)選的是，所述的基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法中，ΔA_{l_1X}和ΔA_{l_1X}分別為最小的能容忍的擺度、機(jī)架振動(dòng)的1X幅值變化下限，是國(guó)標(biāo)運(yùn)行振動(dòng)幅值的0.2倍-0.5倍；

ΔA_{l_2X_8X}為最小的能容忍的擺度、機(jī)架振動(dòng)的2X…8X幅值綜合變化下限，是國(guó)標(biāo)運(yùn)行振動(dòng)幅值的0.2倍-0.5倍。

優(yōu)選的是，所述的基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法中，將上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量以及無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave，上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的空載條件1X分量振動(dòng)矢量空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}，勵(lì)磁前后定轉(zhuǎn)子偏心引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_1X，勵(lì)磁前后轉(zhuǎn)子不圓引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_{2X_8X}，勵(lì)磁前后定子不圓引起的擺度間隙變化量ΔS_ave，軸系偏移方位ΔΦ_ave及判斷果作為分析報(bào)告輸出至用戶界面。

本發(fā)明提供一種基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法，其包括以下步驟：選取最近一次開機(jī)過(guò)程或停機(jī)過(guò)程的在線記錄數(shù)據(jù)；根據(jù)勵(lì)磁電流值或者機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)值，選擇無(wú)勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量以及無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave；根據(jù)勵(lì)磁電流值或者發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，選擇投勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的空載條件1X分量振動(dòng)矢量空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量以及空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量和空載條件1X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后定轉(zhuǎn)子偏心引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_1X；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量和空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后轉(zhuǎn)子不圓引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_{2X_8X}；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave和空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的擺度間隙變化量ΔS_ave；根據(jù)ΔS_ave計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的軸系偏移方位ΔΦ_ave；如果ΔA_1X≥ΔA_{l_1X}，判斷存在定轉(zhuǎn)子偏心故障；如果ΔA_{2X_8X}≥ΔA_{l_2X_8X}，判斷存在轉(zhuǎn)子不圓故障；如果ΔS_ave≥ΔS_{l_ave}，判斷存在定子不圓故障，且定子不圓最突出方位在ΔΦ_ave處。本發(fā)明能夠根據(jù)在線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)分析判斷出磁拉力不平衡故障，并自動(dòng)出具分析診斷報(bào)告。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1是由于定子不圓度偏大導(dǎo)致的軸系中心位置偏移變化圖；

圖2是由于定子不圓度偏大導(dǎo)致的軸系中心位置偏移變化圖；

圖3是由于轉(zhuǎn)子偏心引起的擺度變化圖；

圖4為本發(fā)明提供的基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁力不平衡故障分析方法的流程圖；

圖5為本發(fā)明提供的基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁力不平衡故障分析方法的診斷報(bào)告生成的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

以水輪發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析，獲取到機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、位移等相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的分析才能實(shí)現(xiàn)對(duì)磁拉力不平衡故障的自動(dòng)分析診斷功能，這就對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、參數(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性、權(quán)威性等有很高的要求。

因此，我公司開發(fā)了一種新的自動(dòng)分析診斷方法，即“參數(shù)辨識(shí)”的方式。通過(guò)設(shè)計(jì)算法，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在實(shí)際的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇能夠反映磁拉力不平衡故障特征的量化參數(shù)，來(lái)辨識(shí)機(jī)組是否存在磁拉力不平衡故障，并完成自動(dòng)繪制趨勢(shì)圖及相關(guān)趨勢(shì)圖等特性曲線。

1、磁拉力不平衡的故障機(jī)理：

電磁不平衡力主要由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不圓、轉(zhuǎn)子幾何中心與旋轉(zhuǎn)中心不一致等原因所引起，其明顯特征是不平衡力與勵(lì)磁電流成正比，發(fā)電機(jī)空載時(shí)電磁不平衡力達(dá)到最大。由它引起擺度、振動(dòng)的可以近似認(rèn)為與擺度、振動(dòng)接近比例關(guān)系。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，可以近似認(rèn)為電磁力不平衡對(duì)機(jī)組擺度、振動(dòng)的影響大小近似是固定的，與機(jī)組的負(fù)荷(流量)無(wú)關(guān)系。

由電磁不平衡力引起的振動(dòng)、擺度并不一定完全是1X的變化。由于轉(zhuǎn)子不圓可能引起2X、3X、4X甚至更高頻率成分的變化，這取決于轉(zhuǎn)子的形狀。

電磁拉力通常分為旋轉(zhuǎn)不平衡磁拉力和固定方向磁拉力兩種，旋轉(zhuǎn)不平衡磁拉力通常是由于轉(zhuǎn)子不圓導(dǎo)致，固定方向磁拉力通常是由于定、轉(zhuǎn)子不同心造成的。

一般說(shuō)來(lái)，定轉(zhuǎn)子氣隙狀態(tài)對(duì)機(jī)組振動(dòng)擺度的影響如下表所示：

一般說(shuō)來(lái)，轉(zhuǎn)子偏心和轉(zhuǎn)子不圓都會(huì)引起上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度、上機(jī)架振動(dòng)、下機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、定子基座振動(dòng)的改變，而轉(zhuǎn)子偏心主要引起上述測(cè)點(diǎn)的1X頻率分量的改變，而轉(zhuǎn)子不圓則主要引起上述測(cè)點(diǎn)的2X、3X甚至更高頻率分量的改變，但在實(shí)際的測(cè)試分析中，轉(zhuǎn)子偏心和轉(zhuǎn)子不圓往往是伴生的。因此主要通過(guò)對(duì)比引起改變的主要頻率成分來(lái)確定主要的振因。

而定子不圓及定轉(zhuǎn)子相對(duì)偏心則主要引起上導(dǎo)、下導(dǎo)部位徑向軸位移發(fā)生變化，在測(cè)試分析時(shí)主要觀察擺度的間隙值是否發(fā)生改變。

圖1和圖2是一個(gè)典型的由于定子不圓度偏大導(dǎo)致的軸系中心位置偏移：在投入勵(lì)磁前后上導(dǎo)擺度、下導(dǎo)擺度中心位置發(fā)生了移位。

如圖1所示，為未投入勵(lì)磁之前的軸心軌跡圖，上導(dǎo)信息為：X向1X相位為62°，X向1X幅值為30μm，Y向1X相位為161°，Y向1X幅值為32μm，瞬時(shí)直線度為27μm，軸心偏移為2μm，偏移角度為279°；下導(dǎo)信息為：X向1X相位為56°，X向1X幅值為13μm，Y向1X相位為185°，Y向1X幅值為6μm，瞬時(shí)直線度為16μm，軸心偏移為1μm，偏移角度為276°；水導(dǎo)信息為：X向1X相位為37°，X向1X幅值為67μm，Y向1X相位為127°，Y向1X幅值為55μm，瞬時(shí)直線度為41μm，軸心偏移為5μm，偏移角度為90°；其中，失/超重角彎曲角定義從鍵相開始逆時(shí)針計(jì)算。從圖中可分別看出上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)的X向與Y向1X的相位和幅值，以及瞬時(shí)直線度和軸心偏移的角度。

如圖2所示，為投入勵(lì)磁之后的軸心軌跡圖，上導(dǎo)信息為：X向1X相位為20°，X向1X幅值為96μm，Y向1X相位為98°，Y向1X幅值為126μm，瞬時(shí)直線度為37μm，軸心偏移為84μm，偏移角度為144°；下導(dǎo)信息為：X向1X相位為16°，X向1X幅值為116μm，Y向1X相位為113°，Y向1X幅值為151μm，瞬時(shí)直線度為22μm，軸心偏移為123μm，偏移角度為134°；水導(dǎo)信息為：X向1X相位為44°，X向1X幅值為59μm，Y向1X相位為123°，Y向1X幅值為61μm，瞬時(shí)直線度為55μm，軸心偏移為12μm，偏移角度為288°；其中，失/超重角彎曲角定義從鍵相開始逆時(shí)針計(jì)算。從圖中可分別看出上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)的X向與Y向1X的相位和幅值，以及瞬時(shí)直線度和軸心偏移的角度。

圖3是一個(gè)典型的由于轉(zhuǎn)子偏心引起的擺度變化：在投入勵(lì)磁前后擺度1X分量發(fā)生較為明顯改變。

在實(shí)際的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)選擇機(jī)組正常的自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)停機(jī)過(guò)程數(shù)據(jù)、以及變勵(lì)磁試驗(yàn)、升壓試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行故障辨識(shí)，在采用機(jī)組正常自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)停機(jī)過(guò)程數(shù)據(jù)時(shí)通常選擇高轉(zhuǎn)速、無(wú)勵(lì)磁條件下數(shù)據(jù)的和空載條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，辨識(shí)不平衡電磁拉力對(duì)機(jī)組振動(dòng)擺度的影響特征參數(shù)，進(jìn)而判定機(jī)組是否存在電磁拉力不平衡故障。在高轉(zhuǎn)速無(wú)勵(lì)磁條件和空載條件下，機(jī)組轉(zhuǎn)速改變很小，近似認(rèn)為機(jī)組無(wú)轉(zhuǎn)速變化，導(dǎo)葉開度也無(wú)明顯變化，改變的只有發(fā)電機(jī)無(wú)勵(lì)磁和有勵(lì)磁條件。因次，在此過(guò)程中機(jī)組振動(dòng)、擺度的改變可以近似認(rèn)為主要是由于電磁拉力不平衡引起的。

如圖4所示，本發(fā)明提供一種基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障分析方法，其包括以下步驟：

選取最近一次開機(jī)過(guò)程或停機(jī)過(guò)程的在線記錄數(shù)據(jù)；

根據(jù)勵(lì)磁電流值或者機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)值，選擇無(wú)勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量以及無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave；

根據(jù)勵(lì)磁電流值或者發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，選擇投勵(lì)磁條件下原始時(shí)域波形記錄，通過(guò)FFT變換，計(jì)算獲得上機(jī)架振動(dòng)、定子鐵芯振動(dòng)、擺度的空載條件1X分量振動(dòng)矢量空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量以及空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}；

根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻1X分量振動(dòng)矢量和空載條件1X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后定轉(zhuǎn)子偏心引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_1X；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻2X-8X分量振動(dòng)矢量和空載條件2X-8X分量振動(dòng)矢量計(jì)算勵(lì)磁前后轉(zhuǎn)子不圓引起的振動(dòng)、擺度變化量ΔA_{2X_8X}；根據(jù)無(wú)勵(lì)時(shí)刻擺度間隙值S_ave和空載條件擺度間隙值S_{ul_ave}計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的擺度間隙變化量ΔS_ave；根據(jù)ΔS_ave計(jì)算勵(lì)磁前后定子不圓引起的軸系偏移方位ΔΦ_ave；

如果ΔA_1X≥ΔA_{l_1X}，判斷存在定轉(zhuǎn)子偏心故障；

如果ΔA_{2X_8X}≥ΔA_{l_2X_8X}，判斷存在轉(zhuǎn)子不圓故障；

如果ΔS_ave≥ΔS_{l_ave}，判斷存在定子不圓故障，且定子不圓最突出方位在ΔΦ_ave處。

針對(duì)電磁拉力不平衡故障需要根據(jù)以下四個(gè)參數(shù)進(jìn)行故障識(shí)別：

其中：

ΔS_ave＝S_{ul_ave}-S_ave

實(shí)際的在線辨識(shí)算法流程如圖4所示，在經(jīng)過(guò)特征參數(shù)辨識(shí)以后，電磁拉力不平衡故障的判定條件變得簡(jiǎn)單，具體條件如下：

如果ΔA_1X≥ΔA_{l_1X}，那么存在定轉(zhuǎn)子偏心影響；

如果ΔA_{2X_8X}≥ΔA_{l_2X_8X}，那么存在轉(zhuǎn)子不圓影響；

如果ΔS_ave≥ΔS_{l_ave},那么存在定子不圓影響，定子不圓最突出方位在ΔΦ_ave處。

上式中：

1)ΔA_{l_1X}為最小的能容忍的擺度、機(jī)架振動(dòng)的1X幅值變化下限，通常選擇0.2倍到0.5倍相關(guān)國(guó)標(biāo)運(yùn)行振動(dòng)幅值。

2)ΔA_{l_2X_8X}為最小的能容忍的擺度、機(jī)架振動(dòng)的2X…8X幅值綜合變化下限，通常選擇0.2倍到0.5倍相關(guān)國(guó)標(biāo)運(yùn)行振動(dòng)幅值。

自動(dòng)分析診斷功能是系統(tǒng)根據(jù)故障機(jī)理，自動(dòng)選取合適的數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)分析和統(tǒng)計(jì)判斷，并給出分析評(píng)價(jià)診斷結(jié)果。整個(gè)分析過(guò)程系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成而無(wú)需人工操作。

報(bào)告的生成流程基本流程如圖5所示，上述流程中，除選擇啟動(dòng)報(bào)告需要人為選定之外,其他環(huán)節(jié)全部由系統(tǒng)的綜合分析診斷軟件自動(dòng)完成。

本部分功能主要面向日常運(yùn)行工作人員。具備以下特點(diǎn)：

(1)易于操作。使用人員無(wú)需進(jìn)行設(shè)置、選擇數(shù)據(jù)等復(fù)雜操作，采用“一鍵完成”式的軟件操作。

(2)數(shù)據(jù)選擇、計(jì)算、判定過(guò)程自動(dòng)化。所有篩選數(shù)據(jù)和根據(jù)故障或缺陷模型計(jì)算的過(guò)程、分析推理、判定的過(guò)程由計(jì)算機(jī)完成，無(wú)需操作人員中間交互操作。

(3)報(bào)告中提供明確的分析診斷結(jié)論和可能的檢修建議。

(4)以報(bào)告的形式輸出到用戶界面，而且報(bào)告可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換為WORD等格式。

自動(dòng)分析診斷技術(shù)路線

利用停機(jī)過(guò)程機(jī)組在負(fù)荷降為0后，在轉(zhuǎn)速還未開始下降這段時(shí)間的數(shù)據(jù)，比較勵(lì)磁電流為空載勵(lì)磁電流和兩個(gè)不同時(shí)刻機(jī)組振動(dòng)、擺度的變化和機(jī)組軸線位置的變化，通過(guò)矢量計(jì)算，可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)磁拉力對(duì)機(jī)組擺度、機(jī)架振動(dòng)影響的大小和方位以及靜態(tài)磁拉力對(duì)機(jī)組軸心位置影響的大小和方位。系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用采集和存儲(chǔ)的完整停機(jī)過(guò)程的高密度數(shù)據(jù)，并自動(dòng)跟蹤檢索到負(fù)荷降為0、勵(lì)磁開關(guān)斷開前后的數(shù)據(jù)，通過(guò)矢量方式計(jì)算機(jī)架振動(dòng)、擺度的變化值、振動(dòng)的變化方位，并計(jì)算軸線的相對(duì)偏移值及偏移方位，最終給出磁拉力對(duì)機(jī)架振動(dòng)、擺度的影響大小及方位。通過(guò)對(duì)磁拉力不平衡對(duì)機(jī)架振動(dòng)的影響大小評(píng)定是否存在磁拉力不平衡。

最終分析診斷結(jié)論以自動(dòng)分析診斷報(bào)告的形式輸出。

報(bào)告的內(nèi)容包括：

停機(jī)過(guò)程的機(jī)架振動(dòng)、擺度、轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁開關(guān)、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)過(guò)程曲線

勵(lì)磁斷開前后機(jī)組擺線姿態(tài)(空間軸線)的變化

計(jì)算得到的磁拉力對(duì)各機(jī)架振動(dòng)、擺度、機(jī)組軸線位置的偏移量的影響大小

旋轉(zhuǎn)磁拉力方位以及靜態(tài)磁拉力方位

本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)采用相近方案實(shí)現(xiàn)的水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)分析診斷方法；一種磁拉力不平衡故障的分析診斷算法；基于在線數(shù)據(jù)的水輪發(fā)電機(jī)組磁拉力不平衡故障的自動(dòng)分析診斷方法。

本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。