一種基于浴盆失效曲線的水電機組劣化評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水電機組狀態(tài)評價領(lǐng)域，具體涉及一種基于浴盆失效曲線的水電機組 劣化評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球應(yīng)對氣候變化呼聲的日益高漲以及能源短缺、能源供應(yīng)安全形勢的日趨 嚴峻，水電作為可再生能源以其清潔、安全、永續(xù)的特點，在各國能源戰(zhàn)略中的地位不斷提 高。然而隨著水電機組運行過程中受沖蝕、磨損、交互應(yīng)力等因素作用，各個部件的性能會 隨著服役時間的增加而逐漸退化。其設(shè)備性能的可靠性對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定起重要影響，如 發(fā)生故障將可能導(dǎo)致機組進行停機檢修，從而擾亂電廠的常規(guī)運行，造成嚴重經(jīng)濟損失，甚 至發(fā)生電網(wǎng)解列等災(zāi)難性事故。
[0003] 目前對水電機組性能劣化的表征方式和指標構(gòu)建研究缺乏工程實踐的適用性。一 方面水電機組在安裝、運行與超期服役期間，各類性能指標往往對于機組性能劣化的敏感 度不一致。當(dāng)前評估則采用簡單的單一限值方法，不符合機組實際劣化情況。其次我國多 采用根據(jù)在機組部件的關(guān)鍵點的振動測量結(jié)果來進行評價，沒有包含機組的初始設(shè)計問題 和漸變型缺陷變化等特征，不能全面反映水電機組綜合劣化程度。最后，隨著機組運行時間 的推移，振動區(qū)的變化對機組性能起著至關(guān)重要的影響，綜合分析振動區(qū)變化，是機組劣化 分析評價的熱點問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明目的是提供一種基于浴盆失效曲線的水電機組劣化評估方 法，對于水電機組不同部件、各個時期可快速構(gòu)建能夠符合實際的多因素劣化評價，從而實 現(xiàn)對水電機組高效、可靠的劣化評價和維修決策。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于浴盆失效曲線的水電機組劣化評估方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一：構(gòu)建劣化評價模型，包括常規(guī)數(shù)值型評價模型和振動區(qū)改變評價模型；
[0008] 步驟二：通過自動采集和人工輸入兩種方式獲取劣化評估所需的數(shù)據(jù)，包括各個 指標的實時測值和振動擺度數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟三：將步驟二獲取數(shù)據(jù)，代入步驟一中的劣化評價模型，計算得到各個指標的 實時測值劣化評價值W和振動區(qū)改變劣化評價值Lt;
[0010] 步驟四：將步驟三計算得到的各部件的不同指標的實時測值劣化評價值k和振動 區(qū)改變劣化評價值Lt，進行加權(quán)計算，得到各部件的綜合劣化評價值Lb;
[0011] 步驟五：將步驟四計算得到的機組的不同部件的綜合劣化評價值Lb，進行加權(quán)計 算，得到機組的綜合劣化評價值L]z;
[0012] 所述步驟一包括以下步驟：
[0013] (A)構(gòu)建常規(guī)數(shù)值型評價模型：：
[0014]
[0015] 其中，1^^為機組安裝試運行階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0017] Luin_為機組正常運行階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0019] Ly2為機組老化服役階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0021] 在（1)、（2)、⑶式中，（為指標的實時測值，V_為指標參數(shù)的極端值，在此測值 下，該指標的劣化評價值（健康指標）為〇以_為指標的極優(yōu)值，在此測值下，該指標的劣 化評價值（健康指標）為1〇〇(最高分）以_和￥_根據(jù)相關(guān)國家標準中的限值規(guī)定選?。?式中4、1^為劣化趨勢因子，分別用于控制模型Lyi、模型1^&中的退化速度；
[0022] 三種不同的常規(guī)數(shù)值型評價模型I^el、Ι^_1ιη_、1^^2構(gòu)建原理為：三種模型分別對 應(yīng)浴盆曲線的早期、中期（浴盆曲線的底部區(qū)域）和晚期；型針對早期安裝試運行階 段的新機組，其特點為初期退化速度快，而在后期退化速度慢，對應(yīng)浴盆早期。Ι^_1ιη_模型 針對正常退化過程的機組，其特點為在整個壽命過程中退化速度均等，對應(yīng)浴盆曲線的底 部區(qū)域。而型針對超期服役階段的機組，其特點為初期退化速度慢，而在后期退化速 度快，對應(yīng)浴盆后期，該模型呈指數(shù)速度發(fā)展。￥_和V_按照如《GB/T15468-2006水輪機 基本技術(shù)條件》等國標內(nèi)的相應(yīng)限值選取。
[0023] (B)構(gòu)建振動區(qū)改變劣化評價模型：
[0025] 其中，P_和P_分別為設(shè)計振動區(qū)的最大最小值；P^_和P 為實際振動區(qū)的最 大最小值，ΛP=P_-P_，為設(shè)計振動區(qū)的寬度；ΛP ，為實際振動區(qū)的寬度；
，為設(shè)計振動區(qū)的中心負荷
，為實際振動區(qū)的中心負 荷；Wjw為振動區(qū)范圍發(fā)生改變導(dǎo)致的劣化值對應(yīng)權(quán)重；Wj。為振動區(qū)發(fā)生偏移導(dǎo)致的劣化 值對應(yīng)權(quán)重。
[0026] 構(gòu)建原理為振動區(qū)范圍擴大或縮小減分（以設(shè)計的振動區(qū)為滿分）；振動區(qū)范圍 平移減分（以設(shè)計的振動區(qū)為滿分）。
[0027] 所述步驟二中，通過自動采集方式獲取的數(shù)據(jù)是指通過監(jiān)控和監(jiān)測系統(tǒng)自動測量 獲取的數(shù)據(jù)，包括機組擺度、振動、壓力脈動、溫度、效率和起停機降速時間；人工輸入的數(shù) 據(jù)包括人工測量、計算或者仿真獲得的指標，以及除監(jiān)控和監(jiān)測系統(tǒng)之外的其它系統(tǒng)或者 裝置測量得到并通過人工輸入接口輸入錄入的指標。
[0028] 所述步驟三包括以下步驟：根據(jù)機組所處階段，將步驟二獲取的各個指標的實時 測值，代入步驟一中相應(yīng)的常規(guī)數(shù)值型評價模型，計算各個指標的實時測值劣化評價值L」
[0029] 將步驟二獲取的振動擺度數(shù)據(jù)，代入步驟一中的振動區(qū)改變劣化評價模型，計算 各個指標的振動區(qū)改變劣化評價值Lt。
[0030] 所述步驟四具體為：將步驟三計算得到的各部件不同指標的實時測值劣化評價值 W和振動區(qū)改變劣化評價值Lt，進行加權(quán)計算，得到各部件的綜合劣化評價值Lb;計算公式 為：
[0032] 其中，K為參與部件綜合劣化評價的指標個數(shù)，LA為步驟三計算得到的第k個指 標的實時測值劣化評價值，Ltk為步驟三得到的第k個指標的振動區(qū)變化劣化評值，W為第 k個指標的實時測值劣化評價值對應(yīng)的權(quán)重，Wtk為第k個指標的振動區(qū)變化劣化評價值對 應(yīng)的權(quán)重；Lf為該部件的家族劣化值；部件中由于設(shè)計、制造缺陷而導(dǎo)致的不可更改的先天 缺陷，必然導(dǎo)致該部件的評價降低，在本發(fā)明中部件的先天缺陷由人工經(jīng)驗確定固定的家 族劣化值Lf，在部件的綜合評價中，減去Lf，即家族缺陷扣分；1^為該部件巡檢劣化值；根據(jù) 人工巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷，由人工設(shè)定的巡檢劣化值Lx。在部件的綜合評價中，減去 這個Lx，即巡檢扣分。部件的家族劣化值和巡檢劣化值通過專家人工分析同類家族設(shè)備的 故障情況數(shù)據(jù)和巡檢數(shù)據(jù)，進行人工評級從而得到相應(yīng)評價值；以家族劣化值為例，將初始 設(shè)計分為以下五級：優(yōu)秀、良好、正常、有微小設(shè)計缺陷和有重大設(shè)計缺陷，分別對應(yīng)的家族 劣化值（家族缺陷扣分）Lf為0、5、10、15、20。
[0033] 所述步驟五具體為：將步驟四計算得到的機組的不同部件的綜合劣化評價值Lb， 進行加權(quán)計算，得到機組的綜合劣化
評價值L1Z;計算公式為：
[0035] 其中，N為參與機組綜合劣評價的部件個數(shù)，Lbn為步驟四計算得到的第η個部件 的綜合劣化評價值，Wbn為第η個部件的綜合劣化評價值對應(yīng)的權(quán)重。
[0036] 參與機組綜合劣化評價的部件名稱、各部件的綜合劣化評價值對應(yīng)的權(quán)重、參與 各部件綜合劣化評價的指標名稱、各指標的實時測值劣化評價值對應(yīng)的權(quán)重和各指標的振 動區(qū)變化劣化評價值對應(yīng)的權(quán)重如下表：
[0037]

[0039] 上述的基于浴盆失效曲線的水電機組劣化評估方法，還包括步驟六：設(shè)定機組的 綜合劣化評價值Ljz的閾值為60和45,將機組的健康度劃分為三個區(qū)間，分別為60以上、 45以上60以下和45以下，分別記為A，B，C三個等級；判斷步驟五得到的機組的綜合劣化 評價值L]z所處等級，如果處于A等級則正常運行，如果處于B等級則需要加強巡視，如果在 C等級則需要停機檢修。
[0040] 通常A等級的閾值按照機組長期運行累積的健康數(shù)據(jù)平均值可以計算得出，若無 設(shè)計數(shù)值則可默認設(shè)定為60以上，而B、C等級則可以通過在健康數(shù)據(jù)平均值乘以一定修正 系數(shù)得到，通常可以設(shè)定為45以上、45以下。
[0041] 本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明狀態(tài)評價方法是基于在線采集 數(shù)據(jù)、振動區(qū)變化、家族先天性缺陷和人工巡檢四方面進行評估，有效地利用了各個機組信 息，克服了傳統(tǒng)限值評價機組，評價指標不合理的問題，并且采用標準浴盆曲線信息，能夠 更加合理的描述機組在不同階段的失效特征。最后通過人工指定各個評估參數(shù)的權(quán)重，可 以得到合理準確的量化評價結(jié)果。
【附圖說明】
[0042] 圖1水電機組暫態(tài)過程性能評估原理圖
[0043] 圖2機組健康狀態(tài)評價詳細流程圖
[0044] 圖3機組失效浴盆曲線示意圖
【具體實施方式】
[0045] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0046] 參見圖1和圖2,本發(fā)明的一種基于浴盆失效曲線的水電機組劣化評估方法，包括 以下步驟：
[0047] 步驟一：構(gòu)建劣化評價模型，包括常規(guī)數(shù)值型評價模型和振動區(qū)改變評價模型；
[0048] (A)構(gòu)建常規(guī)數(shù)值型評價模型：：
[0049]
[0050] 其中，1^^為機組安裝試運行階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0052] Ι^_1ιη_為機組正常運行階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0054] Ly2為機組老化服役階段的劣化評價值，其計算方法為：
[0056] 在（1)、（2)、⑶式中，（為指標的實時測值，V_為指標參數(shù)的極端值，在此測值 下，該指標的劣