抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法及系统与流程

本发明涉及一种抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法及系统，属于设备状态监测和故障诊断领域。

背景技术：

在水电行业中，抽水蓄能电站水轮机顶盖通过螺栓连接，螺柱若未能按照设计的预紧力拧紧，使得螺柱逐渐松动，会导致螺柱产生疲劳裂纹和疲劳断裂，影响抽水蓄能电站水轮机的安全稳定；因此在水电系统中需要一种对抽水蓄能电站水轮机顶盖螺栓工况进行报警的方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，包括，

采集螺栓监测历史健康数据；

从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围；

根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间；

根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间；

根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间；

采集实时工况和螺栓实时应力；

判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

泵运行工况下告警阈值计算公式为，

g1＝σ×i1

g2＝min1×i1

g3＝max1×i3

其中，g1、g2、g3为泵运行工况下三个告警阈值，i1、i2、i3为参数，σ为螺栓屈服强度，min1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

螺栓实时应力处于[g2g3]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g1g2]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g1g3]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

水轮机运行工况下告警阈值计算公式为，

g21＝σ×i1

g22＝min2×i21

g23＝max2×i22

其中，g21、g22、g23为水轮机运行工况下三个告警阈值，i1、i21、i22为参数，σ为螺栓屈服强度，min2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

螺栓实时应力处于[g22g23]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g21g22]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g21g23]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

停机工况下告警阈值计算公式为，

g31＝σ×i1

g32＝min3×i31

g33＝max3×i32

g34＝f/a×i33

其中，g31、g32、g33、g34为停机工况下三个告警阈值，i1、i31、i32、i33为参数，f为初始预紧力，a为螺栓最小直径，min3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

螺栓实时应力处于[g32g33]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g31g32]或[g33g34]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g31g34]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警系统，包括，

历史数据采集模块：采集螺栓监测历史健康数据；

应力范围提取模块：从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围；

泵运行工况阈值区间划分模块：根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间；

停机工况阈值区间划分模块：根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间；

水轮机运行工况阈值区间划分模块：根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间；

实时采集模块：采集实时工况和螺栓实时应力；

判断模块：判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明根据历史健康数据划分不同工况下的阈值区间，根据实时应力所处的告警阈值区间，发出对应的预设告警信息，实现了螺栓工况实时报警，保障了水轮机顶盖及机组运行安全。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，包括以下步骤：

步骤1，采集螺栓监测历史健康数据、螺栓参数和初始预紧。

其中，螺栓参数和初始预紧力可通过查阅设备资料获取，其中螺栓参数包括螺栓最小直径和屈服强度；螺栓监测历史健康数据为螺栓在初次安装或者检修安装后，稳定运行约为三个月内的历史数据。

步骤2，从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围。

水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的上、下限分别为开机工况下历史健康数据97％置信度的最大值max2和最小值min2；停机工况下螺栓历史健康应力范围的上、下限分别为停机工况下历史健康数据97％置信度的最大值max3和最小值min3；泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的上、下限分别为停机工况下历史健康数据97％置信度的最大值max1和最小值min1。

步骤3，根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间。

泵运行工况下告警阈值计算公式为：

g1＝σ×i1

g2＝min1×i1

g3＝max1×i3

其中，g1、g2、g3为泵运行工况下三个告警阈值，i1、i2、i3为参数，i1的取值范围为0.5～0.8，i2的取值范围为1.1～1.3，i3的取值范围为0.6～0.9，σ为螺栓屈服强度，min1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

[g2g3]为正常范围，[g1g2]为一级异常范围，超出[g1g3]为二级异常范围。

步骤4，根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间。

停机工况下告警阈值计算公式为：

g31＝σ×i1

g32＝min3×i31

g33＝max3×i32

g34＝f/a×i33

其中，g31、g32、g33、g34为停机工况下三个告警阈值，i31、i32、i33为参数，i31的取值范围为1.1～1.3，i32的取值范围为0.6～0.9，i33的取值范围为0.7～0.8，f为初始预紧力，a为螺栓最小直径，min3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

[g32g33]为正常范围，[g31g32]和[g33g34]为一级异常范围，超出[g31g34]为二级异常范围。

步骤5，根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间。

水轮机运行工况下告警阈值计算公式为：

g21＝σ×i1

g22＝min2×i21

g23＝max2×i22

其中，g21、g22、g23为水轮机运行工况下三个告警阈值，i21、i22为参数，i21的取值范围为0.6～0.9，i22的取值范围为0.5～0.8，σ为螺栓屈服强度，min2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

[g22g23]为正常范围，[g21g22]为一级异常范围，超出[g21g23]为二级异常范围。

步骤6，采集实时工况和螺栓实时应力。

步骤7，判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

泵运行工况下，螺栓实时应力处于[g2g3]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g1g2]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警，例如发出黄色报警；螺栓实时应力超出[g1g3]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警，例如发出红色报警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

水轮机运行工况下，螺栓实时应力处于[g22g23]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g21g22]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警，例如发出黄色报警；螺栓实时应力超出[g21g23]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警，例如发出红色报警。

停机工况下，螺栓实时应力处于[g32g33]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g31g32]或[g33g34]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警，例如发出黄色报警；螺栓实时应力超出[g31g34]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警，例如发出红色报警。

上述方法根据历史健康数据划分不同工况下的阈值区间，根据实时应力所处的告警阈值区间，发出对应的预设告警信息，实现了螺栓工况实时报警，保障了水轮机顶盖及机组运行安全。同时上述方法规避了机组运行时不同水头和出力的影响，不需要复杂的计算，使用简单。

抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警系统，包括，

历史数据采集模块：采集螺栓监测历史健康数据；

应力范围提取模块：从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围；

泵运行工况阈值区间划分模块：根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间；

停机工况阈值区间划分模块：根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间；

水轮机运行工况阈值区间划分模块：根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间；

实时采集模块：采集实时工况和螺栓实时应力；

判断模块：判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

技术特征：

1.抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：包括，

采集螺栓监测历史健康数据；

从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围；

根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间；

根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间；

根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间；

采集实时工况和螺栓实时应力；

判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：泵运行工况下告警阈值计算公式为，

g1＝σ×i1

g2＝min1×i1

g3＝max1×i3

其中，g1、g2、g3为泵运行工况下三个告警阈值，i1、i2、i3为参数，σ为螺栓屈服强度，min1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max1为泵运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：螺栓实时应力处于[g2g3]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g1g2]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g1g3]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：水轮机运行工况下告警阈值计算公式为，

g21＝σ×i1

g22＝min2×i21

g23＝max2×i22

其中，g21、g22、g23为水轮机运行工况下三个告警阈值，i1、i21、i22为参数，σ为螺栓屈服强度，min2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max2为水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：螺栓实时应力处于[g22g23]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g21g22]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g21g23]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

6.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：停机工况下告警阈值计算公式为，

g31＝σ×i1

g32＝min3×i31

g33＝max3×i32

g34＝f/a×i33

其中，g31、g32、g33、g34为停机工况下三个告警阈值，i1、i31、i32、i33为参数，f为初始预紧力，a为螺栓最小直径，min3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的下限，max3为停机工况下螺栓历史健康应力范围的上限。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法，其特征在于：螺栓实时应力处于[g32g33]范围内，则表明螺栓实时应力正常；螺栓实时应力处于[g31g32]或[g33g34]范围内，则表明螺栓实时应力一级异常，发出一级告警；螺栓实时应力超出[g31g34]范围，则表明螺栓实时应力二级异常，发出二级告警；其中二级异常的严重程度高于一级异常。

8.抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警系统，其特征在于：包括，

历史数据采集模块：采集螺栓监测历史健康数据；

应力范围提取模块：从螺栓监测历史健康数据中提取水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围、停机工况下螺栓历史健康应力范围和泵运行工况下螺栓历史健康应力范围；

泵运行工况阈值区间划分模块：根据泵运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算泵运行工况下若干告警阈值，划分泵运行工况下的告警阈值区间；

停机工况阈值区间划分模块：根据停机工况下螺栓历史健康应力范围，计算停机工况下若干告警阈值，划分停机工况下的告警阈值区间；

水轮机运行工况阈值区间划分模块：根据水轮机运行工况下螺栓历史健康应力范围，计算水轮机运行工况下若干告警阈值，划分水轮机运行工况下的告警阈值区间；

实时采集模块：采集实时工况和螺栓实时应力；

判断模块：判断螺栓实时应力所处的对应工况下的告警阈值区间，发出与告警阈值区间对应的预设告警信息。

9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。

10.一种计算设备，其特征在于：包括，

一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。

技术总结

本发明公开了一种抽水蓄能电站水轮机顶盖螺工况实时报警方法及系统，本发明根据历史健康数据划分不同工况下的阈值区间，根据实时应力所处的告警阈值区间，发出对应的预设告警信息，实现了螺栓工况实时报警，保障了水轮机顶盖及机组运行安全。

技术研发人员：张法;葛新峰;王宁宁;郑圣义;杨瑒;徐旭;刘磊;孙嘉;刘驰

受保护的技术使用者：国家电网有限公司;国网新源控股有限公司;国网新源控股有限公司回龙分公司;河海大学

技术研发日：.09.16

技术公布日：.12.03

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