技术领域
[0001] 本发明涉及水力设备技术领域，特别涉及一种水轮机故障检测预警系统。
相关背景技术
[0002] 水轮机安全稳定的运行对保障周边地区电力系统正常运行提高用电的稳定性有着举足轻重的作用。为了保障水轮机能够安全稳定的运行，除了配置备用水轮机以外，保持对水轮机运行状态的监测，并在出现问题时及时维修，是非常重要的。
[0003] 相关技术中，大型水轮机会在设计建造时配置专门定制的故障判断系统，通过大量的预算，满足硬件的需要，并在准备之初就准备大量可靠的知识以及科学计算支持，这些操作过于复杂，这是中小型水轮机难以满足的条件，因此我们更需要一款更为简易的故障检测预警系统，来对水轮机进行在线监测，保障设备的工作稳定。
具体实施方式
[0045] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0046] 为解决背景技术中的问题，如图1所示，在本发明的一实施方案中，提出的一种水轮机故障检测预警系统，包括数据收集模块、数据处理模块、故障检测模块、故障处理模块，数据收集模块用于采集水轮机安装环境下每个时间节点的水位和水流量数据，每个相邻时间节点之间的时间间隔相同，将水文每个时间节点的水位和水流量数据标记不同编号，通过结合编号以及对应时间节点的水位和水流量数据构建水文监测数据库；数据处理模块基于水文监测数据库的时间节点同步收集水轮机输出功率数据和水轮机振摆数据，并根据时间节点的编号变化调用水位和水流量数据，通过将水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率、水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率以及时间节点的变化共同构建故障检测数据库；故障检测模块基于故障检测数据库的时间节点变化，监控对应变化率的数值变化情况，当水轮机振摆数据对应的变化率相对水轮机输出功率数据的对应变化率出现剧烈波动时，故障检测数据库将激活计算机监控系统，计算机监控系统直接对接用户操作界面，同时故障检测数据库将对水轮机发出延时跳闸命令；故障处理模块用于在水轮机接收延时跳闸命令后，使其内置蜂鸣器报警，并连通用户操作界面进行二次报警，当故障检测数据库内数据恢复常态，将会发送二次延时命令，并使水轮机停止报警，当二次延时命令结束且未收到新的延时跳闸命令后，用户操作界面停止报警。
[0047] 可以理解地，通过采用数据收集模块将水轮机安装环境下的水位和水流量随时间变化的数据进行收集汇总，并通过数据处理模块将水轮机输出功率数据、水轮机振摆数据以及水位和水流量数据进行提取，并计算水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率、水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率，并将相关数据随时间节点的变化共同构建故障检测数据库，该数据库的数据变化能够相对最为简单的反应水轮机组的振动摆度值，并以此判断水轮机组的工作状态，当相关变化率出现剧烈变化时，将会发出延时跳闸命令，结合故障处理模块，水轮机在接收到对应命令时将会报警并根据延时长度执行命令，如果在延时结束且未有新的命令时，水轮机将会执行命令并且停机，同时延时跳闸将会激活计算机监控系统，计算机监控系统同步激活用户操作界面和集控中心，用户操作界面报警可以提醒工作人员对设备进行检查，避免出现意外，集控中心则可以接收存储相关数据，并根据数据优化故障检测数据库，以便能快速稳定的提高水轮机故障检测效率，并有效提高水轮机组的维护效率，保障设备安全。
[0048] 优选的，在本申请的一实施例中，数据收集模块还包括振动区计算单元，以时间节点均匀变化为前提，当水位和水流量数据随时间出现剧烈变化时，记录数据变化的强度和持续时间，并以此构建穿越振动区时间表。
[0049] 可以理解地，数据收集模块还包括振动区计算单元，因为延时跳闸命令的延时目地在于避免因为开停机时的水轮机输出功率和水流量数据之间的变化率与正常工作不符导致水轮机无法正常工作，同样的在经过水流量突然变化导致的振动区时也会有相应的问题存在，因此设置振动区计算单元，根据水位和水流量数据随时间的变化，记录穿越振动区时间表，以此调节延时的时长，保证故障检测的准确性。
[0050] 优选的，在本申请的一实施例中，数据处理模块包括数据导入单元、数据调用单元、数据计算单元、模型构建单元，数据导入单元连通于水文监测数据库，并相对水轮机设有水轮机状态传感器，水文监测数据库的每一时间节点将调用水轮机状态传感器，并将水轮机输出功率数据和水轮机振摆数据按照时间节点导入数据处理模块；数据调用单元用于接收水轮机输出功率数据和水轮机振摆数据，并同步调用水位和水流量数据；数据计算单元用于根据时间节点将对应数据处理成，水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率以及水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率；模型构建单元用于根据时间节点，对水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率以及水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率做对应编号，将变化率编号和水文编号制成时间关系的表格，并以此构建故障检测数据库。
[0051] 可以理解地，数据处理模块包括数据导入单元、数据调用单元、数据计算单元、模型构建单元，数据导入单元用于为故障检测预警系统内导入相关的水文状态相关数据，数据调用单元则是同步水文数据的时间节点调用安装在水轮机上的传感器感知的数据，数据计算单元和模型构建单元相互配合，通过将水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率、水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率以及时间节点的变化共同构建故障检测数据库，并且当水轮机工作稳定时水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率以及水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率驱使应当相同，而一旦水轮机出现故障，水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率将会直接下降，而水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率会因为水轮机的失控振动摆度值急剧上升，故障检测数据库可以发现明显的数据变化，能够有效提高检测精度。
[0052] 优选的，在本申请的一实施例中，故障检测模块包括模型输入单元、状态监视单元、用户接入单元，模型输入单元用于接收模型构建单元所输出的故障检测数据库；状态监视单元用于监视故障检测数据库内的数据随时间的变化，当水轮机出现故障时，水轮机振摆数据将会大幅度提高，导致故障检测数据库内出现极端异常数据，当出现异常数据后，状态监视单元将会发出延时跳闸命令；用户接入单元用于在故障检测模块发出延时跳闸命令时，激活计算机监控系统，当计算机监控系统被激活时，数据库的相邻时间节点将会更加密集用于调用更详细的数据，同时计算机监控系统将会连接用户操作界面，并连接有集控中心，用于通过集控中心将相关具体数据保存。
[0053] 可以理解地，故障检测模块包括模型输入单元、状态监视单元、用户接入单元，模型输入单元负责接收故障检测数据库，而状态监视单元则是监视数据的异常，并实时准备发出延时跳闸命令，当然在发出延时跳闸命令后，依旧会继续检测数据情况，如果数据回复常通，将会发出二次延时命令，进行核查，避免机组因为不重要的突发情况就直接导致系统停机，用户接入单元用于在故障检测模块发出延时跳闸命令时，激活计算机监控系统，可以通过调节时间节点的密度，达到调节检测精度的目地，用户能通过计算机监控系统更直观的检测水轮机组的工作状态。
[0054] 优选的，在本申请的一实施例中，故障检测模块还包括超频监测单元，用于根据水轮机自身技术保证值、合同规定参数、说明书以及国家和行业相关标准设定振动摆度定值，当故障检测数据库并未报错，但故障检测模块根据时间调用水轮机振摆数据超出振动摆度定值时，故障检测模块将直接激活计算机监控系统，并向水轮机发出延时跳闸命令。
[0055] 可以理解地，故障检测模块还包括超频监测单元，其存在的目地是因为水轮机在出场时因为自身技术保证值、合同规定参数、说明书以及国家和行业相关标准具有一个客观的振动摆度定制，也可以称为水轮机的极限功率，即便故障检测数据库中的数据变化率没有出现问题，当超频监测单元发现水轮机振摆数据超过振动摆度定制，意味着水轮机进入了超负荷工作模式，系统将出于保护发出延时跳闸命令避免机组损坏。
[0056] 优选的，在本申请的一实施例中，故障检测模块还配置有延时调节单元，用于根据水轮机开停机时间、穿越振动区时间表对延时跳闸命令的命令时长进行调整，穿越振动区时间越长，延时命令也会相应变长。
[0057] 可以理解地，故障检测模块还配置有延时调节单元，正如上述所说的，延时的目地是避免开停机时间、穿越振动区时机组工作会出现短时异常，延时可以避免因为正常的短时异常导致机组停机，通过延时调节单元根据上述穿越振动区时间长短调节延时的时长，避免预警系统误报。
[0058] 优选的，在本申请的一实施例中，故障处理模块包括第一响应单元、第二响应单元、处理单元，第一响应单元用于接收延时跳闸命令，并在接收到命令后使故障检测数据库激活计算机监控系统，并激活水轮机内置出口继电器进行停机倒计时；第二响应单元用于在用户操作界面连通计算机监控系统后发出报警提醒用户；处理单元用于接收二次延时命令，并连接第一响应单元和第二响应单元，通过覆盖延时跳闸命令，并使用户操作界面进入安全倒计时。
[0059] 可以理解地，故障处理模块包括第一响应单元、第二响应单元、处理单元，第一响应单元负责直接连接水轮机，用于控制水轮机出口继电器，达到启动机组振摆保护动作，启动机械事故紧急停机流程的目地，第二响应单元主要负责提醒用户，提高维修效率，避免损坏严重，且用于记录损坏的相关数据，便于未来的维护操作，处理单元主要是用来在机组误报时使机组重新回到正常的工作状态，达到精准对水轮机故障进行检测和预警的目地。
[0060] 参考图2至图4所示，本发明还提出的一种水轮机故障检测预警方法，该水轮机故障检测预警方法包括上述的水轮机故障检测预警系统，该水轮机故障检测预警系统的具体结构参考上述实施例，由于本水轮机故障检测预警方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，再次不再一一赘述。
[0061] 本申请的一种水轮机故障检测预警方法的流程图，包括如下步骤：
[0062] S10，用户通过传感器收集汇总水轮机所在水域的水位和水流量数据，并将传感器传递过来的模拟信号，通过计算机内预制的模式转换器将模拟信号转换为数字信号，同时将收集到的数据根据数据对应的时间节点进行排序，得到水文监测数据库。
[0063] 可以理解地，系统在构建的过程中首先需要的就是获取传感器上的相关数据，并将相关数据转换为更换理解的数字信号，通过将这些信号安装时间进行排序构建出水文监测数据库，可以精确判断水轮机的工作状态，以及调节延时报警时长。
[0064] S20，水文监测数据库内的数据对应有时间节点，时间节点会调用设于水轮机上的传感器，并收集水轮机输出功率数据和水轮机振摆数据，为了更为清晰的判断水轮机工作状态，将水轮机输出功率数据和水轮机振摆数据结合水文监测数据库制作故障检测数据库。
[0065] 可以理解地，水文监测数据库内的数据对应有时间节点，在时间节点对应调用安装于水轮机上的功率检测单元和振动摆度值监测传感器，得到水轮机的输出功率数据和水轮机的振摆数据，这样可以根据水文数据的时间节点和水轮机输出功率数据时间节点的区别得出开停机时长，可以进一步优化延时跳闸命令的延时时长，提高预警的精度，故障检测数据库同样可以根据上述数据进行构建。
[0066] S30，实时监测故障检测数据库内随时间节点的变化而产生的变化，因为水轮机故障时水轮机输出功率变化曲线将会下降，而水轮机振摆数据将会上升，通过结合起来，能够较为明显的发现水轮机的工作状态是否安全。
[0067] 可以理解地，实时监测故障检测数据库内随时间节点的变化而产生的变化，当水轮机出现故障时，故障检测数据库将会出现异常数据，通过异常数据对水轮机的当前状态做出判定，使得能够更好的保护水轮机。
[0068] S40，通过在水轮机和用户操作界面分别进行报警，水轮机进行停机倒计时，用户操作界面可以便于用户进行自检避免误报。
[0069] 可以理解地，通过在水轮机和用户操作界面分别进行报警，用户在知晓报警信号后，可以自行检测，并对比集控中心内存储的数据，当没有问题是误报时，可以人为发出命令覆盖延时跳闸命令。
[0070] S200，根据水文监测数据库对水轮机安装区域内的水位和水流量按照时间进行监控，当出现时间节点均匀变化时，水位和水流量数据出现剧烈变化，在水位和水流量数据稳定前记录时间节点编号，并构建出穿越振动区时间表。
[0071] 可以理解地，根据水文监测数据库对水轮机安装区域内的水位和水流量按照时间进行监控，在时间均匀变化时，查看水流量的变化，当水流量突然加大时，水轮机将会受到额外的压力，且这股压力是突然的，容易造成水轮机短暂的数据误差，可以根据制作的穿越振动区时间表对延时时长进行控制，避免因为系统误报导致的损失。
[0072] S201，水文监测数据库实时监测水文状态，但是水轮机开停机存在时间差，水轮机开机同时水文监测数据库开始工作，因为水轮机上的传感器需要根据时间节点信号返回数据，在水轮机传递的数据稳定前，记录时间节点编号，构建开停机时间。
[0073] 可以理解地，因为水轮机上的传感器需要根据时间节点信号返回数据，在水轮机传递的数据稳定前，记录时间节点编号，构建开停机时间，与穿越振动区时间一样，开停机的时候也会存在数据异常，但是该异常是完全合理的，因此为了避免系统影响水轮机的正常启动，需要测试开停机时长，以便调整延时时长。
[0074] S202，延时跳闸命令的延时目地是为了避免水轮机处于特殊工作状态下传回的数据存在误差，通过延时跳闸命令，可以避免误报。
[0075] 可以理解地，延时跳闸命令的延时目地是为了避免水轮机处于特殊工作状态下传回的数据存在误差，提高对故障检测预警的精度，避免突然停机造成损坏。
[0076] S300，将水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率、水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率以及时间节点的变化制成图表，可以方便用户快速确定水轮机工作状态，常通下两组变化率的变化趋势相似，而出现问题时水轮机输出功率数据将会显著下降而水轮机振摆数据将会上升，可以使用户快速响应，并解决异常。
[0077] 可以理解地，将水轮机输出功率数据与水位和水流量数据之间的变化率、水轮机振摆数据与水位和水流量数据之间的变化率以及时间节点的变化制成图表，可以更为直观的看出水轮机的工作状态数据，可以提高异常处理能力，避免水轮机损坏。
[0078] S301，水轮机在安装前存在标准，可以结合水轮机负荷时的振摆数据确定振动摆度定值，当时间节点返回的水轮机振摆数据超过振动摆度定值时，意味着水轮机超负荷工作，同样会发出报警。
[0079] 可以理解地，除了水轮机自身的异常情况，水轮机存在正常工作中面临的工作超负荷，可以结合水轮机负荷时的振摆数据、水轮机本身的参数、国家和企业本身的标准，确定振动摆度定值，当时间节点返回的水轮机振摆数据超过振动摆度定值时，及时发送命令，避免水轮机长时间超负荷工作导致损坏。
[0080] 本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0081] 以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
