大型水輪機空化在線監(jiān)測與分析——方法及應用研究.pdf

1、空蝕是破壞水輪機設備、降低水輪機效率的主要因素，在水輪機運行中難以避免。人們較早就開始了對空化空蝕進行研究，但由于水輪機中的空化空蝕問題本身復雜、牽涉多個學科，一直是人們研究的熱點與難點。在對當前空化研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢廣泛調研的基礎上，結合葛洲壩電廠大型軸流轉槳式水輪機的特點，通過理論與實踐相結合，開展了水輪機空化在線監(jiān)測與分析方法研究。 在對國內外水輪機空化空蝕研究成果全面綜述的基礎上，總結了軸流轉槳式水輪機空化空蝕機理、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)測實時性、可靠性和無損性的要求，充分借鑒現(xiàn)有監(jiān)測方法，在與機組運行工況關聯(lián)的基礎上，確定采用聲波探測方法在線監(jiān)測水輪機空化狀態(tài)，同步監(jiān)測空化超聲波和噪聲，有利于及時準確地評估空化狀態(tài)；根據(jù)水輪機結構、空化源、水流穩(wěn)定性、傳感器信號接收特性以及傳感器安裝的方便性與可靠性，對傳感器進行了精心地布置；并結合傳感器特性、信號傳輸和現(xiàn)場應用，設計了一種高可靠性可編程信號調理器，與傳統(tǒng)的信

3、號調理器相比，具有帶寬可編程選擇、放大倍數(shù)可靈活調整、可靠性高等優(yōu)點。 傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)僅進行了信號采集和信號特征量提取，主要依靠離線分析方法進行水輪機狀態(tài)評估。根據(jù)水輪機系統(tǒng)構成及其行為關系模型，結合現(xiàn)場試驗規(guī)程和專家經(jīng)驗，將機組正常運行過程視為試驗過程：在機組正常運行過程中，自動辨識運行工況，模擬人工試驗，利用“記憶”功能自動進行性能變化趨勢分析；并對各種工況下機組運行時間進行了統(tǒng)計，為優(yōu)化機組運行提供依據(jù)；此外，結合葛洲壩電廠

4、機組特點，研究了綜合空化強度的計算方法，間接反映水輪機空蝕水平，并在現(xiàn)有研究的基礎上，闡明了空蝕水平評估中應注意的問題。 針對葛洲壩電廠監(jiān)測需求，設計并開發(fā)了基于聲波探測的水輪機空化在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)，包括現(xiàn)地單元和移動工作站?，F(xiàn)地單元對水輪機空化狀態(tài)進行在線監(jiān)測與分析，而移動工作站是便于用戶離線數(shù)據(jù)分析以及設置與操作現(xiàn)地單元的平臺。 鑒于機組運行工況對水輪機空化的影響，為了在減少冗余度條件下捕獲全面的水輪機狀態(tài)信息，提

5、出了自適應數(shù)據(jù)采集和存儲機制，采集周期隨機組運行工況的變化而變化，數(shù)據(jù)存儲中同時考慮了機組運行工況和信號指標量變化；為了保證數(shù)據(jù)可靠性，對傳感器狀態(tài)進行了檢測；采用了工況同步與時鐘同步技術，以便準確地開展機組狀態(tài)綜合分析與評估。 為建立水輪機空化信號特征知識庫，結合水輪機失效模式和空化影響因素，設計并開展了水輪機模型試驗和現(xiàn)場試驗；深入研究了基于小波包分解的頻帶分析技術，結合水輪機空化信號的特點，歸納了適合于空化信號分析的小波基函

6、數(shù)應具有的特點，提出了區(qū)域小波包分解方式，提高了計算效率，并將該技術成功應用于模型試驗結果分析，獲取了空化信號時域幅值調制特性和頻域能量分布特性隨空化系數(shù)變化的關系；通過現(xiàn)場試驗結果分析，提取了空化聲信號特征波形，分析了機組運行時間對水輪機空化的影響。 經(jīng)過系統(tǒng)長期在線運行，獲取了大量的水輪機空化特征知識，分析了水輪機空化隨有功、水頭變化特性以及特定工況下水輪機空蝕隨機組運行時間的變化特性，并利用模型試驗的分析結果成功解釋了其中