专利名称：大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法
技术领域：
本发明属于旋转机械振动状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法。
背景技术：
大型发电机组转子受热后出现的弯曲变形成为热弯曲，热弯曲将导致转子平衡状态的变化，进而影响到发电机组运行的可靠性。发电机组转子热弯曲是一种较为常见的振动现象，引起热弯曲的原因是多种多样的。发电机转子经常由于冷却不均勻、冷却系统故障、内摩擦力、匝间短路等原因引起转子热弯曲。转子还会由于材质不均勻导致受热后膨胀不均勻，引起热弯曲故障。随着大型汽轮发电机组容量提高，对机组运行的安全性提出了更高的要求。因此， 对大型发电机组热弯曲故障的辨识对保证整个大型发电机组的安全性十分重要。通常大型发电机组热弯曲故障辨识分析工作，由具有一定现场运行经验的专业人员完成，由此带来分析工作对专业人员的依赖程度较高、诊断经济成本大、周期长等问题，并且无法做到大型发电机组热弯曲故障实时自动在线监测、分析及判别。因此，提出一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法就显得十分重要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，对机组轴系转子热弯曲故障进行实时自动在线监测、分析及判别，提高发电机组热弯曲故障实时辨识效率和准确度。技术方案是，一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述方法包括下列步骤步骤1 设定时长T和步进长度t，并设定步进总长度为tSUffl = 0 ；步骤2 监测发电机励磁电流大小为OA的时刻；步骤3 采集当前时刻的发电机组转子一侧支持轴承的轴相对振动数据、转子的转速信号、键相信号和发电机励磁电流数据，利用快速傅立叶变换频谱分析方法，实时同步计算转子一侧支持轴承的轴振工频振幅，存储发电机励磁电流数据和轴振工频振幅；步骤4 判断步进总长度tSUffl是否达到设定时长T，如果是，则执行步骤5 ；否则，使步进总长度增加1个步进长度t，返回步骤3 ；步骤5 分别按照发电机励磁电流数据和轴振工频振幅存储时间的先后顺序，将每个时刻存储的发电机励磁电流数据排成发电机励磁电流数据序列Qx，并将每个时刻存
储的轴振工频振幅排成轴振工频振幅数据序列4^ ;其中，/ S f;步骤6 判断发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验是否都通过，如果是，则判定发电机组发生转子热弯曲不平衡故障；否则，判定发电机组未发生转子热弯曲不平衡故障，令步进总长度为tSUffl = 0并返回步骤2。所述判断发电机励磁电流递增趋势实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电流递增趋势参数与发电机励磁电流报警参数实时检验是否都通过，如果是，则发电机励磁电流递增趋势实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势实时检验不通过。所述判断发电机励磁电流递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤101 计算发电机励磁电流数据序列Q1的逆序数Stei ；步骤102 利用公式^^ =Sfe/《ev计算发电机励磁电流数据递增趋势参数ε Cex ；
其中，y是发电机励磁电流数据序列Qx的逆序数最大值，y =n(n-\)l2,n = j'步骤103 如果发电机励磁电流数据的递增趋势参数ε Cex大于等于第一设定值， 则发电机励磁电流递增趋势参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势参数实时检验不通过。所述判断发电机励磁电流报警参数实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电
流数据序列的最大值和最小值C:的差值的绝对值是否大于等于第二设
定值，如果是，则发电机励磁电流报警参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流报警参数实时检验不通过。所述判断轴振工频振幅递增趋势实时检验是否通过具体是判断轴振工频振幅递增趋势参数和轴振工频振幅报警参数实时检验是否都通过，如果是，则轴振工频振幅递增趋势实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势实时检验不通过。所述判断轴振工频振幅递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤201 计算轴振工频振幅数据序列4^的逆序数SAbf ；步骤202 利用公式一=S-A^v计算轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf ；其中，
C轴振工频振幅数据序列<的逆序数最大值，^ = ( _1V2 n = j·,步骤203 如果轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf大于等于第三设定值，则轴振工频振幅递增趋势参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势参数实时检验不通过。所述判断轴振工频振幅报警参数实时检验是否通过具体是判断轴振工频振幅数
据序列jy的最大值^fax和最小值C的差值的绝对值是否大于等于第四设定值，
如果是，则轴振工频振幅报警参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅报警参数实时检验不通过。所述设定时长T = 3000秒。所述步进长度t = 1秒。本发明利用发电机励磁电流数据及转子一侧轴振工频振幅数据，分析判断发电机组是否发生转子热弯曲不平衡故障，实现了大型发电机组热弯曲故障的自动实时在线监测、分析和判别，保证了大型发电机组的安全运行。
图1是大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法流程图2是大型发电机组热弯曲故障实时辨识示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。图1是大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法流程图。图1中，大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法包括下列步骤步骤1 设定时长T = 3000秒，设定步进长度t = 1秒。令步进总长度为tSUffl = 0。同时，为了实现发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验， 取第一设定值D1 = 0. 7，第二设定值D2 = 800A (安培)，第三设定值D3 = 0. 8，第三设定值 D4 = 30 μ m0步骤2 监测发电机励磁电流大小为OA(安培)的时刻。步骤3 采集当前时刻的发电机组转子一侧支持轴承的轴相对振动数据、转子的转速信号、键相信号和发电机励磁电流数据，利用快速傅立叶变换频谱分析方法，实时同步计算转子一侧支持轴承的轴振工频振幅，存储发电机励磁电流数据和轴振工频振幅。图2是大型发电机组热弯曲故障实时辨识示意图。图2中，采用高速振动数据采集卡实时采集发电机组转子一侧支持轴承附近测得的的轴相对振动数据、转子的转速信号以及键相信号。针对机组转子一侧的轴相对振动数据，利用FFT(快速傅立叶变换)频谱分析方法，实时同步计算转子一侧轴相对振动工频振动幅值(即轴振工频振幅，其单位为ym)。 将转子一侧轴相对振动工频振动幅值数据(轴振工频振幅)进行存储，数据是每隔步进长度t = 1秒存储一次。轴振工频是指转子运转时工作转速对应的频率。振动数据采集卡每一通道技术参数为50ks/s，24bit。采用数据采集卡实时采集发电机励磁电流数据。将发电机励磁电流数据数据进行存储，数据是每隔步进长度t = 1秒存储一次。数据采集卡每一通道技术参数为lks/s， 16bit。步骤4 判断步进总长度是否达到设定时长T = 3000秒，如果是，则执行步骤 5 ；否则，使步进总长度tSUffl增加1个步进长度t，即= tSUffl+t，返回步骤3。步骤5 分别按照发电机励磁电流数据和轴振工频振幅存储时间的先后顺序，将每个时刻存储的发电机励磁电流数据排成发电机励磁电流数据序列Qx，并将每个时刻存
储的轴振工频振幅排成轴振工频振幅数据序列^^/·;其中，1《M f = 3000。步骤6 判断发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验是否都通过。判断发电机励磁电流递增趋势实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电流递增趋势参数与发电机励磁电流报警参数实时检验是否都通过，如果是，则发电机励磁电流递增趋势实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势实时检验不通过。判断发电机励磁电流递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤101 计算发电机励磁电流数据序列Q1的逆序数Sta。其中，逆序是指在一个数据序列中，一对数的前后位置与大小顺序相反，即前面的数大于后面的数；逆序数是指一
6个数据序列中逆序的总数。步骤102 利用公式^^ =Sfe/《ev计算发电机励磁电流数据递增趋势参数ε Cex ； 其中，y是发电机励磁电流数据序列Qx的逆序数最大值，y = _])丨2’η =、= 3·°步骤103 如果发电机励磁电流数据的递增趋势参数ε Cex大于等于第一设定值D1 =0. 7，即ε7是否成立，则发电机励磁电流递增趋势参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势参数实时检验不通过。判断发电机励磁电流报警参数实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电流数据序列的最大值和最小值C:的差值的绝对值是否大于等于第二设定值 D2 = 800A，即l^l-C^h 80(L4是否成立，如果是，则发电机励磁电流报警参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流报警参数实时检验不通过。判断轴振工频振幅递增趋势实时检验是否通过包括判断轴振工频振幅递增趋势参数和轴振工频振幅报警参数实时检验是否都通过，如果是，则轴振工频振幅递增趋势实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势实时检验不通过。判断轴振工频振幅递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤201 计算轴振工频振幅数据序列的逆序数SAbf。其中，逆序是指在一个数据序列中，一对数的前后位置与大小顺序相反，即前面的数大于后面的数；逆序数是指一个数据序列中逆序的总数。步骤202 利用公式一=S-A^v计算轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf ；其中， C轴振工频振幅数据序列<的逆序数最大值，^ = ( _1V2 n = j = 3000 ；步骤203 如果轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf大于等于第三设定值D3 = 0. 8，即 ε Abf ^ 0. 8是否成立，则轴振工频振幅递增趋势参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势参数实时检验不通过。判断轴振工频振幅报警参数实时检验是否通过具体是判断轴振工频振幅数据序列jy的最大值^fax和最小值C的差值的绝对值是否大于等于第四设定值D4 =
30μπι，即是否成立。如果是，则轴振工频振幅报警参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅报警参数实时检验不通过。当发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验是否都通过时，判定发电机组发生转子热弯曲不平衡故障；否则，判定发电机组未发生转子热弯曲不平衡故障，令步进总长度为tSUffl = 0并返回步骤2，重新进入数据实时采集计算及存储过程。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述方法包括下列步骤 步骤1 设定时长T和步进长度t，并设定步进总长度为= 0 ；步骤2 监测发电机励磁电流大小为OA的时刻；步骤3 采集当前时刻的发电机组转子一侧支持轴承的轴相对振动数据、转子的转速信号、键相信号和发电机励磁电流数据，利用快速傅立叶变换频谱分析方法，实时同步计算转子一侧支持轴承的轴振工频振幅，存储发电机励磁电流数据和轴振工频振幅；步骤4 判断步进总长度tSUffl是否达到设定时长T，如果是，则执行步骤5 ；否则，使步进总长度增加1个步进长度t，返回步骤3 ；步骤5 分别按照发电机励磁电流数据和轴振工频振幅存储时间的先后顺序，将每个时刻存储的发电机励磁电流数据排成发电机励磁电流数据序列Qx，并将每个时刻存储的轴振工频振幅排成轴振工频振幅数据序列4^ ;其中，/ S f ;步骤6 判断发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验是否都通过，如果是，则判定发电机组发生转子热弯曲不平衡故障；否则，判定发电机组未发生转子热弯曲不平衡故障，令步进总长度为tSUffl = 0并返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断发电机励磁电流递增趋势实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电流递增趋势参数与发电机励磁电流报警参数实时检验是否都通过，如果是，则发电机励磁电流递增趋势实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势实时检验不通过。
3.根据权利要求2所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断发电机励磁电流递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤101 计算发电机励磁电流数据序列Cf的逆序数Stoi ；步骤102 利用公式PWKv计算发电机励磁电流数据递增趋势参数ε Cex ；其中， 是发电机励磁电流数据序列Qx的逆序数最大值，y =n(n-\)l2,n = j'步骤103 如果发电机励磁电流数据的递增趋势参数ε 大于等于第一设定值，则发电机励磁电流递增趋势参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流递增趋势参数实时检验不通过。
4.根据权利要求2所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断发电机励磁电流报警参数实时检验是否通过具体是判断发电机励磁电流数据序列的最大值和最小值C:的差值的绝对值是否大于等于第二设定值，如果是，则发电机励磁电流报警参数实时检验通过；否则，发电机励磁电流报警参数实时检验不通过。
5.根据权利要求1所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断轴振工频振幅递增趋势实时检验是否通过具体是判断轴振工频振幅递增趋势参数和轴振工频振幅报警参数实时检验是否都通过，如果是，则轴振工频振幅递增趋势实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势实时检验不通过。
6.根据权利要求5所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断轴振工频振幅递增趋势参数实时检验是否都通过具体包括步骤201 计算轴振工频振幅数据序列的逆序数Sam ；步骤202 利用公式一=S-A^v计算轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf ；其中，^二是轴振工频振幅数据序列<的逆序数最大值，^ =M^iv2 n = j·,步骤203 如果轴振工频振幅递增趋势参数ε Abf大于等于第三设定值，则轴振工频振幅递增趋势参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅递增趋势参数实时检验不通过。
7.根据权利要求5所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述判断轴振工频振幅报警参数实时检验是否通过具体是判断轴振工频振幅数据序列的最大值^fax和最小值C的差值的绝对值是否大于等于第四设定值，如果是，则轴振工频振幅报警参数实时检验通过；否则，轴振工频振幅报警参数实时检验不通过。
8.根据权利要求ι所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述设定时长T = 3000秒。
9.根据权利要求1所述的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法，其特征是所述步进长度t = 1秒。
全文摘要
本发明公开了旋转机械振动状态监测与故障诊断技术领域中的一种大型发电机组热弯曲故障实时辨识方法。包括设定时长和步进长度，并设定步进总长度；监测发电机励磁电流大小为0A的时刻；采集发电机组转子相关数据和发电机励磁电流数据，计算轴振工频振幅，存储发电机励磁电流数据和轴振工频振幅；当步进总长度达到设定时长时，按照存储时间的先后顺序，将发电机励磁电流数据和轴振工频振幅排成序列；如果发电机励磁电流递增趋势实时检验和轴振工频振幅递增趋势实时检验都通过，则判定发电机组发生转子热弯曲不平衡故障；否则，判定发电机组未发生转子热弯曲不平衡故障。本发明实现了大型发电机组热弯曲故障的自动实时在线监测、分析和判别。
文档编号G01M13/00GK102175440SQ201110026180
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者宋光雄 申请人:华北电力大学