技术领域
[0001] 本实用新型属于电力设备领域，具体涉及一种汽轮发电机组状态评价与故障预测系统。
相关背景技术
[0002] 电力是生活和生产中的关键环节。发电方式包括火力发电、风力发电、水能发电、太阳能发电及核电等。在火力发电过程中，汽轮机是核心部件，通过将蒸汽的热能转化为机械能，再将机械能转化为电能。发电站的汽轮发电机组容量不断提升，机组轴系也越来越复杂。要实现安全生产，就必须保证汽轮发电机组的安全运行，一般通过配套设置机组运行状态监测、评价、故障预测及诊断功能的在线监测分析系统，保障机组的安全可靠运行。
[0003] 现有技术中，通常对汽轮机发电机组的运行进行实时监测及故障诊断，而忽略了对机组状态未来发展趋势的判断，无法预知可能存在的故障隐患；同时，对机组的维修一般是定期检修，无法实现实时的状态检修。
具体实施方式
[0036] 下面通过参考示范性实施例，对本实用新型技术问题、技术方案和优点进行详细阐明。以下所述示范性实施例仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非在这里进行定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0037] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0038] 本实用新型实施例提供了一种汽轮发电机组状态评价与故障预测系统。图1所示为所述汽轮发电机组状态评价与故障预测系统结构示意图。如图1至图8所示，所述汽轮发电机组状态评价与故障预测系统包括：由转速传感器11、键相传感器12、振动传感器13和状态量传感器14组成的汽轮机运行参数采集传感器组10、采集参数预处理模块20、状态参数特征值提取模块30、状态参数阈值确定模块40、劣化度计算模块50、实时状态评价模块60、异动搜索模块70和故障预测模块80。
[0039] 其中，所述汽轮机运行参数采集传感器组10中，转速传感器11安装于汽轮机机头测速齿轮处，采集机组运行的转速参数；键相传感器12安装于汽轮机机头键相槽处，采集机组运行的键相参数，实现振动信号的同步整周期采样方式；振动传感器13安装于汽轮发电机组各径向轴承处，采集机组整个轴系的轴振和瓦振参数；状态量传感器14安装于汽轮机过程量测量点，所述过程量包括油温、油压、轴向位移等过程量参数。
[0040] 所述汽轮机运行参数采集传感器组10与所述采集参数预处理模块20相连，将采集的转速参数、键相参数、轴振和瓦振参数及过程量参数发送给所述采集参数预处理模块。
[0041] 所述采集参数预处理模块20与所述状态参数特征值提取模块30相连，包括依次相连的信号隔离子模块21、交直流分离子模块22、积分子模块23、抗混滤波子模块24和信号放大子模块25。所述采集参数预处理模块20对所接收的来自汽轮机运行参数采集传感器组采集的数据进行预处理，包括信号隔离、交直流分离、积分、抗混滤波和放大，最后放大子模块输出标准电压信号，经过AD转换，将参数信号实时传输给所述状态参数特征值提取模块30。
[0042] 所述状态参数特征值提取模块30与所述劣化度计算模块50相连，包括峰值提取子模块31、幅值提取子模块32、脉冲提取子模块33、裕度提取子模块34、频谱提取子模块35、功率提取子模块36、方差提取子模块37、均方幅值提取子模块38及数据发送子模块39，所述峰值提取子模块、幅值提取子模块、脉冲提取子模块、裕度提取子模块、频谱提取子模块、功率提取子模块、方差提取子模块、均方幅值提取子模块同时与所述数据发送子模块相连，所述数据发送子模块与所述劣化度计算模块相连；峰值提取子模块、幅值提取子模块、脉冲提取子模块、裕度提取子模块、频谱提取子模块、功率提取子模块、方差提取子模块、均方幅值提取子模块从所述参数信号中提取各参数的峰值、幅值、脉冲、裕度、频谱、功率、方差及均方幅值等特征值，并将所述特征值通过数据发送子模块发送给所述劣化度计算模块。优选地，所述频谱提取子模块，包括快速傅里叶变换处理次模块、解调谱处理次模块、倒频谱处理次模块及细化谱处理次模块。
[0043] 所述状态参数阈值确定模块40与所述劣化度计算模块50相连，将确定的状态参数阈值发送给所述劣化度计算模块。其中，所述状态参数阈值确定模块，可以具有一个输入端，用于操作人员直接输入所确定的阈值；或具有一个自适应模块，通过汽轮机的当前运行状态自适应确定当前运行状态的阈值。所述自适应模块通过一个可编程逻辑控制器PLC实现。所述阈值与所述特征值一一对应。
[0044] 所述劣化度计算模块50与所述实时状态评价模块60相连。所述劣化度计算模块50包括第一数据接收子模块51、第二数据接收子模块52、阈值比较子模块53、劣化度指标引入模块54及劣化度输出模块55。其中，第一数据接收子模块与状态参数特征值提取模块相连，第二数据接收子模块与状态参数阈值确定模块相连，两个数据接收子模块同时与阈值比较子模块相连，所述阈值比较子模块与所述劣化度指标引入子模块相连，所述劣化度指标引入子模块与所述劣化度输出子模块相连。阈值比较子模块根据阈值确定模块确定的阈值对状态参数特征值提取模块提取的特征值进行判断，向劣化度指标引入子模块输出当前特征值是否在阈值范围内；所述劣化度引入子模块根据阈值比较子模块的比较结果，引入当前特征值的劣化度计算指标，完成对劣化度的计算，并将计算结果输出给所述劣化度输出子模块。优选地，当前特征值在阈值范围内时，引入当前特征值第一劣化度计算指标；当前特征值不在阈值范围内时，引入当前特征值第二劣化度计算指标。所述劣化度输出子模块将所计算的劣化度结果输出给所述实时状态判断模块。
[0045] 所述实时状态评价模块60与所述异动搜索模块70和故障预测模块80相连，包括部件级状态评价子模块61、第一组合子模块62、子系统级状态评价子模块63、第二组合子模块64、机组级状态评价子模块65和结果输出子模块66。劣化度数据首先进入部件级状态评价子模块，对当前特征值对应的部件、子系统和机组进行状态评价，按等级分为正常状态、干扰状态、异常状态和故障状态。对属于同一子系统的所有部件，第一组合子模块对部件级状态评价进行组合，将当前子系统所属的所有部件的状态评价都发送给子系统级状态评价子模块；子系统级状态评价子模块，根据部件在子系统中的重要性、组合数量进行权重分配，按所分配的权重进行状态评价的组合，生成对当前子系统的状态评价。相同的，第二组合子模块将属于同一机组的所有子系统的状态评价都发送给机组级状态评价子模块；机组级评价子模块根据子系统在机组中的重要性、组合数量进行权重分配，按所分配的权重进行状态评价的组合，生成对当前机组的状态评价。当状态评价结果为正常状态或故障状态时，结果输出子模块直接输出结果；当状态评价结果为干扰状态时，将所述结果发送给异动搜索模块；当状态评价结果为异常状态时，将所述结果发送给故障预测模块。
[0046] 所述异动搜索模块70与所述故障预测模块80相连，同时与所述采集参数预处理模块30相连，包括时间序列提取子模块71、空间特征提取子模块72、异动特征值映射子模块73及结果输出子模块74；所述时间序列提取子模块与所述异动因子生成子模块同时与所述故障预测模块相连。所述时间序列提取子模块，从所述采集参数预处理模块中与当前干扰状态对应的参数中提取时间序列；所述空间特征提取子模块从所述采集参数预处理模块中与当前干扰状态或异常状态对应的参数中提取空间特征值；所述异动特征值映射子模块根据所述时间序列和空间序列将当前状态对应的参数特征值映射到高维空间，并在高维空间和每一个特征值的特征子空间内求解K‑平均距离，通过与预设距离阈值的比较，进一步判断当前参数是正常还是异常。当正常时，将结果反馈给所述实时状态评价模块；当异常时，将结果反馈给所述故障预测模块。
[0047] 所述故障预测模块80同时与所述采集参数预处理模块30相连，包括时间序列提取子模块81、时间序列分解子模块82、回归模型建立子模块83及故障预测结果输出子模块84。所述时间序列提取子模块从所述采集参数预处理模块中提取当前参数的时间序列；所述时间序列分解子模块将时间序列的趋势项、周期项和随机项分解出来；所述回归模型建立子模块分别对应于趋势项、周期项和随机项建立自回归滑动平均模型(Autoregressivemovingaveragemodel，ARMA)，并将当前参数输入所述ARMA回归模型，得到基于时间序列的故障预测结果。所述故障预测结果输出子模块输出所述故障预测结果，操作人员可知当前参数对应的部件或机组预计在哪个时间点出现何种故障。
[0048] 另外，本实用新型实施例的汽轮发电机组状态评价与故障预测系统还可以包括远程监控中心，通过有线或无线的方式与所述实时状态评价模块和故障预测模块相连，直接接收机组状态评价结果和故障预测结果，对汽轮发电机组实现远程监控。
[0049] 本实施例中所述各模块及子模块，通过CPU、可编程逻辑控制器PLC或其他可实现相应操作的现有设备实现。
[0050] 本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
[0051] 以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，本实用新型并不受限于以上所公开的示范性实施例，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，在本实用新型揭露的技术范围做出的若干改进和润饰、可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
