抽水蓄能电站主进水阀故障诊断及综合状态评估研究与集成应用

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抽水蓄能电站是电力系统有效的、不可或缺的调节手段,随着我国社会的不断发展,用户对电能质量的要求不断提高,尤其是在国家极力发展绿色能源的大环境下,抽水蓄能电站调峰填谷的运行特性,能过有效地实现负荷调节和保证电力系统的稳定运行,因此,抽水蓄能电站的运行状态将会直接影响整个电网的稳定运行水平。
  抽水蓄能机组是一个水机电高度耦合的机械系统,主要由水泵水轮机、发电电动机和主进水阀等子系统组成,其中主进水阀是保障电站安全稳定运行的重要设备,主进水阀上下游分别连接压力钢管和蜗壳,相比于常规机组,抽水蓄能机组运行工况更加复杂,工况交替更加频繁,因此更容易导致部件磨损、振动加剧等异常,造成机组无法正常运行。因此准确高效的抽水蓄能电站主进水阀故障诊断与综合状态评估模型,能够及时发现主进水阀运行过程中出现的异常情况,并对主进水阀整体运行状态进行综合评估,为主进水阀的运行及检修工作提供科学的指导意见,保障主进水阀运行过程的安全稳定。
  为解决当前主进水阀缺乏完善且精确的故障诊断及综合状态评估模型,现场运行过程过度依赖运行人员经验的问题,本文开展了主进水阀故障诊断及综合状态评估模型研究,首次构建了完善且精确的主进水阀故障诊断及综合状态评估模型,将故障诊断与综合状态评估模型进行系统集成,研究开发了一套精确高效的抽水蓄能电站主进水阀故障诊断及综合状态评估系统,并将系统部署于抽水蓄能电站进行试运行,确保研发的系统能够及时发现主进水阀运行过程中出现的故障,并对其整体运行状态进行科学有效的评估,指导主进水阀检修计划的制定,确保主进水阀运行过程的安全和可靠,实现主进水阀的预知维护。本文研究的主要内容及创新点包括以下四点:
  (1)收集抽水蓄能电站主进水阀典型故障汇编记录,深入研究主进水阀运行机理,确定影响主进水阀运行状态的相关监测参数,解析主进水阀设备典型故障与关键状态量间的关联关系,构建科学完善的主进水阀典型关联耦合体系,以此支撑主进水阀故障诊断与综合状态评估模型的搭建。
  (2)研究故障树诊断模型与方法,建立包含主进水阀本体在内的主进水阀故障树诊断模型。早期抽水蓄能电站实际运行过程中仅有计算机监控系统对主进水阀的开度、上下游压力、油压油位等常规参量进行监测,缺乏对其本体关键状态量的监测,但是主进水阀本体故障同样会引起机组停机或严重事故,为此,本文重点研究主进水阀典型故障产生机理,构建了包含油系统和本体在内的主进水阀故障树诊断模型。进一步,对已构建的主进水阀故障树进行定性分析和定量分析,针对主进水阀系统故障记录不完善和数据存储量不足的问题,研究提出基于运行机理推理的故障诊断机制,实现对主进水阀运行故障的精确诊断。最后以抽水蓄能电站主进水阀在线监测系统实测数据验证了模型的有效性,实现了主进水阀运行故障的精确诊断。
  (3)深入分析研究了主进水阀基本结构及运行机理,构建科学完善的主进水阀综合状态评估体系,结合层次分析法,搭建精确刻画主进水阀综合性能的状态评估模型。引入劣化度和隶属度函数,进行综合状态评估体系评估指标劣化状况分析,针对评估指标权重计算,为平衡专家经验和数据积累不足对评估指标权重计算带来的影响,研究提出区间层次分析法和变异系数法相结合的综合权重计算方法,实现评估指标权重计算,最后以抽水蓄能电站主进水阀在线监测系统实测数据验证模型的有效性,实现主进水阀综合运行状态的精准评估。
  (4)以本文构建的主进水阀故障诊断和综合状态评估模型为基础,结合java开发技术和数据库技术,研究开发与集成具有良好人机交互界面的主进水阀故障诊断及综合状态评估系统,并在抽水蓄能电站集成部署和运行,验证系统的有效性。
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