水轮发电机组故障诊断及预测与状态评估方法研究

发布时间：2018-04-18 11:34

  本文选题：水轮发电机组 + 早期故障　； 参考：《华中科技大学》2016年博士论文

【摘要】：随着我国能源结构调整的逐步推进,风电、光伏发电等非稳定性电源快速发展,水轮发电机组在电网中承担调峰调频的任务越来越多,这就要求水轮发电机组在其整个工况范围内具有充分的可用性,这就对水轮发电机组故障诊断、故障预测及状态评估提出了更高的要求。为了确保水轮发电机组安全稳定运行,本文针对水轮发电机组故障诊断与预测应用中的若干关键科学问题,以机组振动信号处理和运行工况分析为切入点,提取表征机组故障状态的信号时频分布特征和工况特征等多重特征向量,提高故障特征向量的准确度,进一步构建基于多重特征向量相融合的水轮发电机组故障诊断及故障预测体系,实现水轮发电机组故障的准确诊断与预测。论文的主要研究内容和创新性成果如下：(1)针对水轮发电机组振动信号具有非平稳、低信噪比和多振源激励信号分量相互混叠等特征,提出了一种独立分量分析-经验模态分解的水轮发电机组非平稳信号特征提取方法。在该算法中,首先采用独立分量分析法提取出主要振源的激励信号分量,即统计独立分量,有效消除或降低模态混叠现象,再对统计独立分量进行自相关分析,消除统计独立分量中非周期噪声的影响；然后再采用经验模态分解对统计独立分量进行自适应分解,获得多组本征模态函数；最后对同频本征模态函数进行重构,提取出故障特征频段的征兆信号,实现水轮发电机组强背景噪声非平稳早期故障特征信号的有效提取。试验结果表明,本文所提方法在水轮发电机组早期故障微弱征兆信号和突变故障特征信号提取方面具有明显的优势,更适用于强背景噪声影响下的水轮发电机组非平稳微弱信号特征提取。(2)传统水轮发电机组故障诊断方法绝大多数是基于振动信号的时频特征进行故障识别,忽略的水轮发电机组运行工况对振动信号时频特征的影响,降低了诊断的准确率。针对上述问题,本文引入过程控制理论中的统计诊断方法,分别对水轮发电机组每种工况过程中的振动变量和工况参数进行融合建模,提出了一种基于KICA-PCA的多元非线性系统过程诊断方法,该方法通过计算工况过程的统计指标实现水轮发电机组故障诊断。本文所提方法通过水轮发电机组运行工况信息与振动信号的有效融合,提高了故障诊断结果的可信度,打破了传统基于振动信号时频特征的水轮发电机组故障诊断方法的诊断范式。试验结果表明,相对于PCA和ICA-PCA等线性系统过程诊断方法,本文所提方法的诊断正确率更高,且时效性更好,更适用于水轮发电机组多元非线性系统的过程诊断。(3)基于互信息理论和统计学提出了水轮发电机组工况变量对振动变量贡献率的计算方法,并构建了压力脉动劣化度函数,实现了压力脉动状态预测评估。以水轮发电机组振动变量和工况参数之间相关关系为切入点,结合互信息理论,深入挖掘水轮发电机组海量的历史监测数据,揭示水轮发电机组振动变量与工况参数之间的非线性相关关系,通过计算水轮发电机组各工况参数对振动变量的贡献度,提取出水轮发电机组振动变量的主要相关工况参数。进一步融合主要相关工况参数与压力脉动幅值形成融合特征向量,提出了基于支持向量机和极限学习机的水轮发电机组压力脉动状态预测方法,实现了压力脉动状态预测,同时引入数理统计与模糊子集理论,构建了基于历史统计曲线的水轮发电机组压力脉动模糊集,提出压力脉动模糊集的劣化度评价函数,实现水轮发电机组压力脉动的状态评估。(4)融合水轮发电机组振动信号时频特征和工况关联规则特征,构建了多重征兆向量,引入模糊推理系统和径向基神经网络模型,提出了一种基于约束扩展广义动态模糊神经网络的水轮发电机组故障预测方法。在该方法中,以振动信号的频谱能量分布特征和工况关联规则特征作为故障预测的融合故障征兆向量,充分利用模糊规则推理与神经网络学习能力,动态推求水轮发电机组未来的故障状态,预测潜在故障未来可能发生概率,实现水轮发电机组故障预测。同时探讨了水轮发电机组故障可能发生概率与维修时限、健康状况之间的关系,提出了一种以故障可能发生概率为自变量的水轮发电机组维修时限函数,搭建了故障预测至维修决策之间的桥梁,以启动维修时限的形式明晰化故障预测结果的含义,对水轮发电机组实施状态检修与预测性维修具有重要的意义。(5)本文设计开发了一种面向服务的水轮发电机组故障诊断及状态评估系统,该方案构建了网络化、服务知识化、资源共享化的开放式的统一知识平台,通过整合异地不同用户的知识资源,不断丰富与补充水轮发电机组故障诊断及状态评估系统的专家知识库,提高水轮发电机组整机设备故障诊断及状态评估的性能水平。系统已成功应用于贵州乌江水电开发有限责任公司东风发电厂,为现场运行维护人员提供辅助维修决策建议指导。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV738

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 欧学修;水轮发电机组的选型和制造及安装[J];四川电力技术;2001年03期

2 余小波;“三峡水轮发电机组研制”通过国家级鉴定验收[J];四川水力发电;2001年S1期

3 李海红;水电厂中水轮发电机组的效率监测[J];青海电力;2002年03期

4 阚喜森,黄学斌;浅谈水轮发电机组改造中应用新技术[J];农村电气化;2002年06期

5 张培;水轮发电机组进水受潮后的处理[J];农村电气化;2002年12期

6 ;水轮发电机组值班员(中级、高级)鉴定内容及要求[J];云南电业;2003年02期

7 ;水轮发电机组机械检修工(中级、高级)鉴定内容及要求[J];云南电业;2003年03期

8 ;水轮发电机组局部放电在线监测新技术[J];电网技术;2004年03期

9 牟官华;;水轮发电机组圆形部件的测量与计算分析研究[J];水力发电学报;2007年05期

10 ;利用河水动力发电的水轮发电机组[J];军民两用技术与产品;2010年01期

相关会议论文 前10条

1 赵宏;;基于优化遗传神经网络的水轮发电机组辨识[A];第二十四届中国控制会议论文集（下册）[C];2005年

2 周中建;;浅析水轮发电机组的振动分析与在线监测[A];2006年水力发电学术研讨会论文集[C];2006年

3 曹闻一;;双转轮水轮发电机组的研究与应用[A];中国水利学会2008学术年会论文集（下册）[C];2008年

4 李荣明;涂露;;浅谈提高水轮发电机组推力瓦端面型测温可靠性的方法[A];贵州省电机工程学会2010年优秀论文集[C];2010年

5 魏智民;;喜河水电厂三台水轮发电机组稳定性试验结论及运行对策[A];陕西省水力发电工程学会青年优秀学术论文集[C];2008年

6 丁仁山;;影响新装巨型水轮发电机组安全稳定运行的几个原因及预防措施[A];水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集[C];2007年

7 李效旭;郑源;潘虹;;水轮发电机组检修的三维仿真系统研究[A];第十八次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2011年

8 李鹏;;浅谈转子一点接地保护在三峡700MW水轮发电机组中的应用[A];中国水力发电工程学会电力系统自动化专委会2009年年会暨学术交流会论文集[C];2009年

9 张贵林;;双排400MW水轮发电机组的运行稳定性[A];水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集[C];2007年

10 李宇春;张芳;杨晓焱;余菲;蒋娅;;水轮发电机组部件材料的失效分析研究[A];全国大中型水电厂技术协作网技术交流文集（十三）水电厂改造专集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 顾兆农;首台国产70万千瓦水轮发电机组三峡投产[N];人民日报;2007年

2 ;三峡特大型水轮发电机组国产化取得突破[N];人民日报;2005年

3 韩惠敏邋宋亚平;世界首台70万千瓦水轮发电机组在哈问世[N];工人日报;2007年

4 特约通讯员 刘茂祥;三峡工程首台国产巨型水轮发电机组投产[N];人民长江报;2007年

5 通讯员 严镇威;世界最大水轮发电机组由水电十四局安装完成并试运行[N];云南日报;2007年

6 记者 李冰峰　通讯员 吴健华 李海娟;我市水轮发电机组首次出口北美市场[N];金华日报;2010年

7 孙世岩;自主创新取得丰硕成果 后三峡时代哈电面临新考[N];中国工业报;2005年

8 施勇峰 戴劲松;我国开始步入自主开发制造巨型水轮发电机组时代[N];中国水利报;2005年

9 记者 申明;三峡水电站左岸14号机组开始发电[N];科技日报;2005年

10 杨雄;我国开始步入自主开发制造巨型水轮发电机组时代[N];中国水利报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 白冰;水轮发电机组轴系辨识及振动研究[D];昆明理工大学;2015年

2 夏鑫;水轮发电机组模型参数辨识与故障诊断方法研究[D];华中科技大学;2015年

3 朱文龙;水轮发电机组故障诊断及预测与状态评估方法研究[D];华中科技大学;2016年

4 何保华;水轮发电机组转子动平衡数值仿真[D];华中科技大学;2009年

5 乔卫东;水轮发电机组轴系动力特性分析及轴线精度检测方法研究[D];西安理工大学;2006年

6 黄志伟;基于非线性转子动力学的水轮发电机组振动机理研究[D];华中科技大学;2011年

7 阎宗国;基于动载荷识别和数值计算的水轮发电机组稳定性研究[D];中国农业大学;2013年

8 张雷克;水轮发电机组轴系非线性动力特性分析[D];大连理工大学;2014年

9 吕桂萍;水轮发电机组大部件刚强度及动态特性研究[D];沈阳工业大学;2004年

10 刘益剑;水轮发电机组BGNN模型辨识控制及控制器参数优化研究[D];武汉大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘福秀;考虑动刚度和动强度的水轮发电机组可靠性优化设计方法研究[D];广西大学;2015年

2 尤莉莎;混流式水轮发电机组振动试验及故障诊断[D];河北工程大学;2015年

3 张鹏;水轮发电机组调速与励磁复合控制技术的研究[D];华北水利水电大学;2016年

4 刘洋;基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组可靠性研究[D];广西大学;2013年

5 张雪源;水轮发电机组综合指标监测系统[D];大连理工大学;2002年

6 赵蕊;信息融合在水轮发电机组故障诊断系统中的应用研究[D];中南大学;2007年

7 黄凯;水轮发电机组振动特性研究及其应用[D];华中科技大学;2013年

8 姜洋;水轮发电机组轴系统扭转振动研究[D];大连理工大学;2008年

9 周万里;葛洲坝水电厂水轮发电机组主轴动力分析[D];华中科技大学;2009年

10 张强;水电站水轮发电机组效率在线监测系统的开发与研究[D];河海大学;2004年

，

本文编号：1768235