大型水輪機(jī)空化在線監(jiān)測(cè)與分析——方法及應(yīng)用研究.pdf

1、空蝕是破壞水輪機(jī)設(shè)備、降低水輪機(jī)效率的主要因素，在水輪機(jī)運(yùn)行中難以避免。人們較早就開始了對(duì)空化空蝕進(jìn)行研究，但由于水輪機(jī)中的空化空蝕問(wèn)題本身復(fù)雜、牽涉多個(gè)學(xué)科，一直是人們研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。在對(duì)當(dāng)前空化研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合葛洲壩電廠大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的特點(diǎn)，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，開展了水輪機(jī)空化在線監(jiān)測(cè)與分析方法研究。 在對(duì)國(guó)內(nèi)外水輪機(jī)空化空蝕研究成果全面綜述的基礎(chǔ)上，總結(jié)了軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)空化空蝕機(jī)理、類型

2、和發(fā)生部位，分析了空化空蝕的影響因素及其外在特性，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性、可靠性和無(wú)損性的要求，充分借鑒現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方法，在與機(jī)組運(yùn)行工況關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，確定采用聲波探測(cè)方法在線監(jiān)測(cè)水輪機(jī)空化狀態(tài)，同步監(jiān)測(cè)空化超聲波和噪聲，有利于及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)估空化狀態(tài)；根據(jù)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)、空化源、水流穩(wěn)定性、傳感器信號(hào)接收特性以及傳感器安裝的方便性與可靠性，對(duì)傳感器進(jìn)行了精心地布置；并結(jié)合傳感器特性、信號(hào)傳輸和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種高可靠性可編程信號(hào)調(diào)理器，與傳統(tǒng)的信

3、號(hào)調(diào)理器相比，具有帶寬可編程選擇、放大倍數(shù)可靈活調(diào)整、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅進(jìn)行了信號(hào)采集和信號(hào)特征量提取，主要依靠離線分析方法進(jìn)行水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)估。根據(jù)水輪機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成及其行為關(guān)系模型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)程和專家經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程視為試驗(yàn)過(guò)程：在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)辨識(shí)運(yùn)行工況，模擬人工試驗(yàn)，利用“記憶”功能自動(dòng)進(jìn)行性能變化趨勢(shì)分析；并對(duì)各種工況下機(jī)組運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，為優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行提供依據(jù)；此外，結(jié)合葛洲壩電廠

4、機(jī)組特點(diǎn)，研究了綜合空化強(qiáng)度的計(jì)算方法，間接反映水輪機(jī)空蝕水平，并在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，闡明了空蝕水平評(píng)估中應(yīng)注意的問(wèn)題。 針對(duì)葛洲壩電廠監(jiān)測(cè)需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于聲波探測(cè)的水輪機(jī)空化在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，包括現(xiàn)地單元和移動(dòng)工作站。現(xiàn)地單元對(duì)水輪機(jī)空化狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與分析，而移動(dòng)工作站是便于用戶離線數(shù)據(jù)分析以及設(shè)置與操作現(xiàn)地單元的平臺(tái)。 鑒于機(jī)組運(yùn)行工況對(duì)水輪機(jī)空化的影響，為了在減少冗余度條件下捕獲全面的水輪機(jī)狀態(tài)信息，提

5、出了自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)機(jī)制，采集周期隨機(jī)組運(yùn)行工況的變化而變化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中同時(shí)考慮了機(jī)組運(yùn)行工況和信號(hào)指標(biāo)量變化；為了保證數(shù)據(jù)可靠性，對(duì)傳感器狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)；采用了工況同步與時(shí)鐘同步技術(shù)，以便準(zhǔn)確地開展機(jī)組狀態(tài)綜合分析與評(píng)估。 為建立水輪機(jī)空化信號(hào)特征知識(shí)庫(kù)，結(jié)合水輪機(jī)失效模式和空化影響因素，設(shè)計(jì)并開展了水輪機(jī)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；深入研究了基于小波包分解的頻帶分析技術(shù)，結(jié)合水輪機(jī)空化信號(hào)的特點(diǎn)，歸納了適合于空化信號(hào)分析的小波基函

6、數(shù)應(yīng)具有的特點(diǎn)，提出了區(qū)域小波包分解方式，提高了計(jì)算效率，并將該技術(shù)成功應(yīng)用于模型試驗(yàn)結(jié)果分析，獲取了空化信號(hào)時(shí)域幅值調(diào)制特性和頻域能量分布特性隨空化系數(shù)變化的關(guān)系；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析，提取了空化聲信號(hào)特征波形，分析了機(jī)組運(yùn)行時(shí)間對(duì)水輪機(jī)空化的影響。 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)長(zhǎng)期在線運(yùn)行，獲取了大量的水輪機(jī)空化特征知識(shí)，分析了水輪機(jī)空化隨有功、水頭變化特性以及特定工況下水輪機(jī)空蝕隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的變化特性，并利用模型試驗(yàn)的分析結(jié)果成功解釋了其中