一種蓄能機組故障分析系統及方法與流程

本發明涉及電力系統監測和分析
技術領域：
，尤其涉及一種基于知識庫的蓄能機組啟停流程故障分析平臺。
背景技術：
：目前，我國抽水蓄能電站建設進入了一個高速發展的時期。抽水蓄能機組在電力系統中承擔著調峰、調頻、調相、事故備用及吸收多余電能等多種任務，是目前電網最重要的儲能和調峰調頻環節。抽水蓄能機組為可逆式機組，工況多樣復雜，配合協作設備較多，各設備狀態性能直接反映機組的運行性能。為保證電網及蓄能機組安全運行，充分發揮蓄能機組調峰調頻能力，提高電能質量及電網頻率的控制水平，需要對抽水蓄能機組工作的特性進行深入分析，以更好的充分掌控機組的相關信息，保障機組日常運行維護及為抽水蓄能機組狀態檢修提供支持。抽水蓄能機組在啟停過程中最容易出現故障，且表現出的故障形式多種多樣，故障機理過程也十分復雜。目前國內外的蓄能機組故障診斷技術主要為基于設備故障樹的匹配診斷方法，形式單一、功能簡單，不能適應目前抽水蓄能機組多種工況轉換，流程復雜且故障多發的應用現狀。通過研究發現，國內外對蓄能機組在線監測和分析診斷方面的研究主要缺點在于：（1）集中在狀態監測系統的開發集成和故障的診斷方法上，目前的研究成果還不能滿足現場需求。（2）電廠現有系統大多仍以圖表曲線顯示、訊號或指示報警等為主，由于對報警值的設定缺乏科學性，使得系統無法做到準確異常或故障判斷，對于故障診斷還是需要技術人員或專家分析來得出最終結果。（3）有些系統雖具有故障診斷功能，但達不到實用的水平。（4）在設備狀態檢修方面，直接依靠在線監測系統的功能來決定機組檢修，目前的水平還滿足不了要求，仍以提供技術支持為主。技術實現要素：有鑒于此，有必要針對目前的問題，提供一種為提高運維人員對故障分析和處理的效率，基于基礎知識庫的抽水蓄能電廠上位機啟停流程故障分析平臺。通過監測機組開停機過程及狀態，分析其實際模式，并將實際模式與知識庫規則進行比對匹配，將比對結果作為故障診斷的依據，從而實現對抽水蓄能機組開停機過程的遠程監測分析。本發明的一方面提供一種蓄能機組故障分析方法，包括：監視蓄能機組故障對應各故障特征信息；從知識庫中提供與所述故障特征信息匹配的特征規則，并判斷所述故障特征信息是否與知識庫特征規則相匹配；匹配時，自動更新對應特征規則修正值；不匹配時，發出異常提示。發明的另一方面提供一種蓄能機組故障分析系統，包括：監控系統上位機，用于抽水蓄能機組實時數據采集與處理，并提供故障事件記錄和曲線記錄的一覽表信息；后臺處理模塊，用于調用所述監控系統上位機的一覽表信息，對數據查詢并進行優化，并將采集的特征信息與算法模塊進行交互；算法模塊，用于提取對應的特征規則，并對蓄能機組啟停流程進行實施分析與判斷，對故障及異常情況進行報警；同時，將該次流程成功執行結束后的相關信息進行計算，并更新對應規則的修正值；知識庫管理模塊，用于提供管理接口，實現蓄能機組啟停流程特征的特征規則編寫；及用戶界面。有益效果：本發明根據知識庫制定相關規則，完成對應故障分析算法，最終實現基于知識庫的蓄能機組啟停流程故障分析平臺。本發明帶來的好處是：（1）直接監測各工況啟停流程每一步運行情況，以及相關設備動作情況及跨步條件滿足情況。通過知識庫將各工況中每一個流程步信息及設備情況編寫規則，對流程跨步實際時間進行監視并修正規則。同時將每一步跨步條件所需設備情況進行匯總，當發生流程超時事件時即可快速定位故障，并記錄故障時刻各設備狀態；（2）根據知識庫的規則條目，匹配設備特征，自動診斷流程過程中該設備情況是否異常。既能進行設備實施故障監視，又能對異常動作的設備進行診斷報警；（3）通過人為設定調整值，增加分析診斷裕度，能根據現場情況進行各機組快速調節。系統根據實際運行情況生成并更新修正值，對知識庫規則進行二次修正，使得更接近機組實際運行情況。采用雙重調整修正的方法，使得知識庫規則更接近機組實際啟停情況，又能增加智能管理手段。（4）技術成果可在一定程度上配合預防性檢修和狀態檢修的開展，并可在其他抽水蓄能電站和常規電站推廣。附圖說明圖1基于知識庫的蓄能機組啟停流程故障分析平臺整體框架圖；圖2流程分析功能流程圖；圖3模擬量特征分析功能流程圖；圖4開關量特征分析功能流程圖。具體實施方式下面結合附圖，對本發明的分析平臺及其實現方法做詳細說明。圖1為根據本發明的基于知識庫的蓄能機組啟停流程故障分析平臺的整體框架示意圖，表明該系統的結構原理和各個部分之間的架構和流程傳遞關系。如圖1所示，本發明的一種蓄能機組故障分析系統包括知識庫管理模塊103、算法模塊102、后臺處理模塊101、用戶界面104和抽水蓄能機組監控系統上位機105。抽水蓄能機組監控系統上位機105包括主計算機、數據庫計算機、工程師站、操作員站和遠動裝置及其搭設網絡。其中所述的遠動裝置包括完成調度與電站之間各種信息的采集并實時進行自動傳輸和交換的自動裝置。故障分析的前提條件是要有一定數量的能反映故障信息的故障特征形成的知識庫106。蓄能機組在啟停過程中出現異常，會引起一些物理參數的變化，比如出現某些異常會引起異常噪聲、振動加劇等現象，此時監測到的振動、噪聲等物理參數就會發生變化。將表征機組運行狀態的設備參數稱為特征參數，特征參數的信息條目稱為特征信息。特征信息一般來源于對運行設備的狀態監測（在線監測和離線監測），按其監測對象可分為電流、電壓、功率等的電氣參數，振動、行程、位移、導葉幵度、間隙等的機械參數，水位、流量、壓力等的水力參數，應力應變等的力學參數，瓦溫、油溫、繞組溫度等的熱量參數等。同時，特征信息也包括不同流程中不同流程步的信息。下面對知識庫106的規則進行列舉：（1）流程步UOSTimeRegulationMaunal各字段含義為：U：機組。標明該條規則對應的機組。O：工況信息。標明該條規則對應的工況。S：流程步。標明該條規則對應工況的流程第幾步。Time：流程步時間。標明該條規則對應流程步執行完所需的常規時間。Regulation：修正值。由系統自動生成并更新修正值，不需要管理人員填寫。Manual：人工調整值。為絕對值百分比，空值默認為0。（2）特征標準前綴UOSTA/DMessage各字段含義為：U：機組。標明該條規則對應的機組。O：工況信息。標明該條規則對應的工況。S：流程步。標明該條規則對應工況的流程第幾步。T：跳閘標識。標明該條規則是否表明機組跳閘。A/D：模/數標識。標明該條規則對應的是模擬量或開關量特征信息，針對不同情況會連接模擬量后綴或開關量后綴。Message：特征信息。與監控系統中的數據庫條目匹配。以上字段均通過管理人員填寫，不能為空，。（3）模擬量后綴IntervalEdgeRegulationMaunalInterval：區間值。標明監視時間區間，非空。Edge：跳變值。標明跳變幅度，非空。Regulation：修正值。由系統自動生成并更新修正值，不需要管理人員填寫。Manual：人工調整值。為絕對值百分比，空值默認為0。（4）開關量后綴PEdgeNEdgePCountNCountRegulationMaunalPEdge：從0到1變位區間值。標明監視時間區間，空值說明不分析。NEdge：從1到0變位區間值。標明監視時間區間，空值說明不分析。PCount：從0到1變位次數。標明設備從分位到合位動作次數，空值說明不分析。NCount：從1到0變位次數。標明設備從分位到合位動作次數，空值說明不分析。（注：以上四個字段至少有一個字段不為空值）Regulation：修正值。由系統自動生成并更新修正值，不需要管理人員填寫。Manual：人工調整值。為絕對值百分比，空值默認為0。知識庫管理模塊103通過提供管理接口，實現蓄能機組啟停流程特征的特征規則編寫。同時，允許管理人員對知識庫進行參數設定，備份及恢復等管理操作。算法模塊102用于提取對應的特征規則，并對蓄能機組啟停流程進行實施分析與判斷，對故障及異常情況進行報警；同時，將該次流程成功執行結束后的相關信息進行計算，并更新對應規則的修正值；后臺處理模塊101對監控系統上位機的一覽表信息進行調用，對數據查詢進行優化，并將特征信息與算法模塊進行交互。用戶界面104即用戶訪問和操作該平臺系統的人機接口，提供用戶輸入查詢、參數設定和數據輸出相關界面。監控系統上位機105，用于抽水蓄能機組實時數據采集與處理，并提供故障事件記錄和曲線記錄的一覽表信息。監控系統上位機具備實時控制和調節抽水蓄能機組功能，負責抽水蓄能機組實時數據采集與處理，能夠提供全面的事件記錄和曲線記錄，為事故原因查找和關鍵設備變化趨勢分析提供很好的工具。同時，對其所監視設備的狀態實時監控，若有異常則及時進行報警，以告知值班人員或維護人員。監控系統上位機發送實時數據至后臺處理模塊，確保本發明的實用性、實時性和可靠性。將監控系統下位機中涉及機組各工況啟停流程步驟相關設備動作情況及跨步條件滿足情況的變量送至監控系統上位機。同時在監控系統上位機中開發專門的畫面功能展示實時流程運行中模擬量和開關量變化情況，反映流程異常情況（無論流程是否超時）并提供相關規則、算法、系統數據和用戶數據配置維護接口。本發明的基于知識庫的分析方法，該方法包括：監視蓄能機組故障對應各故障特征信息；從知識庫中提供與所述故障特征信息匹配的特征規則，并判斷所述故障特征信息是否與知識庫特征規則相匹配；匹配時，自動更新對應特征規則修正值；不匹配時，發出異常提示。一種蓄能機組故障分析系統和方法具備流程分析，模擬量特征分析，開關量特征分析，智能調節等功能。流程分析，如圖2所示：流程分析對不同工況流程的每一步進行分析，對跳閘信號進行報警并鎖定跳閘時刻流程狀態和設備狀態，同時對異常的流程執行時間進行提示。該功能相關信息如下：（1）機組進入某一個啟停工況流程的第一步。（2）監測是否有跳閘信號。若有，則發出報警并鎖定當前時刻的流程狀態和設備狀態；若無，則等待流程步執行完畢。（3）監測流程是否超時。若超時，則發出報警并鎖定當前時刻的流程狀態和設備狀態；若未超時，則記錄并顯示本次流程步所用時間。（4）根據本次流程步所用時間，比對流程步預設時間。若超過預設時間則發出提示。同時，根據所用時間自動計算流程步時間的修正值，更新預設時間。（5）進入流程第二步，重復（2）-（4）步內容，直到所有流程步結束，工況轉換完成。其中，流程時間修正為：a.流程步預設時間TS區間為Time字段數值加Regulation字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到Time字段數值加Regulation字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和之間b.其中，修正值計算方法為：Regulation等于流程步實際用時TA減Time字段數值的差然后除以采樣值nc.采樣值n為管理人員設定參數，一般取100d.Manual為人工調整值（百分比），默認為0，設值為絕對值模擬量特征分析，如圖3所示：模擬量特征分析對不同工況流程的每一步中的模擬量特征進行分析，對信號在特定時間區間內的異常跳變情況進行提示。該功能相關信息如下：（1）機組進入某一個啟停工況流程的第一步。（2）監測對應模擬量特征的數值，直到該步結束。（3）是否匹配知識庫內規則（Interval和Edge字段匹配）。若匹配，則繼續監測直到該步結束；若不匹配，則發出提示。（4）若有多條規則，則依次進行匹配處理。（5）該流程步結束后，若未發生規則不匹配的情況，則根據本次流程步情況更新規則的修正值。（6）進入流程第二步，重復（2）-（5）步內容，直到所有流程步結束，工況轉換完成。其中，模擬量特征修正為：a.規則匹配方法時間區間為Interval字段數值加Regulation1字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到Interval字段數值加Regulation1字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和之間&&跳變區間為Edge字段數值加Regulation2字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到Edge字段數值加Regulation2字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和之間同時在時間區間和跳變區間內進行匹配b.修正值計算方法為：Regulation1等于模擬量特征變化實際用時IA除以模擬量特征跳變實際幅度EA減去Interval字段數值除以Edge字段數值的差，乘以Edge字段數值，再除以采樣值nRegulation2等于模擬量特征跳變實際幅度EA除以模擬量特征變化實際用時IA減去Edge字段數值除以Interval字段數值的差，乘以Interval字段數值，再除以采樣值nc.采樣值n為管理人員設定參數，一般取100d.Manual為人工調整值（百分比），默認為0，設值為絕對值開關量特征分析，如圖4所示：開關量特征分析對不同工況流程的每一步中的開關量特征進行分析，對信號在特定時間區間內的變位情況以及流程步過程中的變位次數異常情況進行提示。該功能相關信息如下：（1）機組進入某一個啟停工況流程的第一步。（2）監測對應開關量特征的變位時間和變位信息，直到該步結束。（3）是否匹配知識庫內規則（PEdge、NEdge、PCount和NCount字段匹配）。若匹配，則繼續監測直到該步結束；若不匹配，則發出提示。（4）若有多條規則，則依次進行匹配處理。（5）該流程步結束后，若未發生規則不匹配的情況，則根據本次流程步情況更新規則的修正值。（6）進入流程第二步，重復（2）-（5）步內容，直到所有流程步結束，工況轉換完成。其中，開關量特征修正為：a.規則匹配方法從0到1變位時間區間為PEdge字段數值加Regulation1字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到PEdge字段數值加Regulation1字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和從1到0變位時間區間為NEdge字段數值加Regulation2字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到NEdge字段數值加Regulation2字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和從0到1變位次數區間為PCount字段數值加Regulation3字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到PCount字段數值加Regulation3字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和從1到0變位次數區間為NCount字段數值加Regulation4字段數值的和乘以1減Manual字段數值的差，到NCount字段數值加Regulation4字段數值的和乘以1加Manual字段數值的和b.修正值計算方法為：Regulation1等于開關量特征變位實際用時PT減PEdge字段數值的差，再除以采樣值nRegulation2等于開關量特征變位實際用時NT減NEdge字段數值的差，再除以采樣值nRegulation3等于開關量特征實際變位次數PC減PCount字段數值的差，再除以采樣值nRegulation4等于開關量特征實際變位次數NC減NCount字段數值的差，再除以采樣值nc.采樣值n為管理人員設定參數，一般取100d.Manual為人工調整值（百分比），默認為0，設值為絕對值智能調節：智能調節完成規則修正值實時自動計算，對不同機組、不同流程、不同規則進行差異化管理，使規則更匹配機組啟停流程的實際情況。該功能相關信息如下：（1）機組進入某一個啟停工況流程的第一步。（2）該流程步正常執行結束后，根據流程步實際執行時間，實時計算并更新知識庫規則的修正值。（3）該流程步正常執行結束后，根據模擬量特征的實際監測情況，實時計算并更新知識庫規則的修正值。（4）該流程步正常執行結束后，根據開關量特征的實際監測情況，實時計算并更新知識庫規則的修正值。（5）進入流程第二步，重復（2）-（5）步內容，直到所有流程步結束，工況轉換完成。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3