基于小波包分解与CEEMDAN能量熵的水电机组振动信号特征提取

针对水电机组振动信号非平稳、非线性及噪声问题,提出一种基于自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)与能量熵结合的特征提取方法,首先对采集的振动信号进行小波包降噪处理,然后对降噪后信号进行CEEMDAN分解,运用相关系数法筛选有效固有模态函数(IMF)并计算其能量熵,由此构建特征向量集,最后将其输入到海洋捕食者优化支持向量机算法(MPA-SVM)进行模式识别。基于模拟信号、实测信号验证所提特征提取方法的有效性,并与其他方法作对比。结果表明,基于小波包分解与CEEMDAN能量熵的特征提取方法能准确提取特征,有效区分机组不同状态,为工程领域提供了应用价值。

基于VMD-TCN的水电机组健康状态监测系统设计

针对常规的水电机组运行监测系统以高频振动信号监测为主,低频振动信号监测失误问题较多,影响水电机组正常运行的问题,设计了基于VMD-TCN的水电机组健康状态监测系统。硬件方面,设计了AC102加速度传感器;软件方面,采集水电机组健康状态数据,对水电机组状态信号进行处理,判断机组健康状态。基于VMD-TCN分解水电机组健康状态监测信号,根据采集到的状态信号进行信号频段子模态分解,确保监测精准度。系统测试结果表明:该设计提升了系统的监测效果,系统性能良好。

抽水蓄能机组顶盖螺栓强度研究

抽水蓄能机组启动频繁,运行工况复杂。顶盖和座环作为重要的结构部件,其结构设计以及顶盖和座环联接螺栓的设计直接影响着整个机组安全稳定运行。以某抽水蓄能电站机组为例,深入分析了联接螺栓分别在常规设计思路和整体建模数值计算下不同工况的特性参数,并进行了对比分析和安全评价,为联接螺栓特性参数如何更准确地进行评判提供了参考。

铅山抽水蓄能电站额定水头选择

水蓄能电站是顺应社会发展潮流的朝阳行业,我国大力提倡和扶持水力发电站的建设,而抽水蓄能电站额定水头的选择直接影响机组的使用效率、使用寿命及可靠性和稳定性。水轮机是一种用于发电的重要设备,其安装质量直接影响发电站的安全和运行效率。研究抽水蓄能电站额定水头是水轮机稳定运行的保障,能确保水蓄能电站安全运行。文章对抽水蓄能电站水泵水轮机额定水头的选取方法进行了探讨,进行了铅山抽水蓄能电站额定水头的选择。

异步联网下水电站一次调频功能设计与优化

异步联网下机组一次调频功能的合理设计关系到电网频率稳定和电网安全稳定运行。根据国家电网和南方电网对一次调频相关技术要求,阐述了开度模式下和功率模式下水电机组一次调频功能的设计,探讨了水电站一次调频与AGC协调控制策略。研究结果可供复杂电网环境水电站一次调频功能设计参考。

水泵水轮机尾水管压力脉动特性及涡带特性分析

抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比了两种第二代和两种第三代涡识别方法对尾水管涡带演化过程的可视化效果,Omega-Liutex涡识别方法对阈值依赖性小且对涡带形态的识别更清晰完备,因此,采用Omega-Liutex涡识别方法研究了不同负荷工况下尾水管涡带的瞬态变化特性。研究结果可以为水泵水轮机稳定运行提供一定的理论参考。

轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

抽水蓄能机组特性曲线对电站水力过渡过程的影响

为了研究抽水蓄能机组特性曲线对过渡过程的影响,采用三组比转速接近的已建电站的特性曲线对某电站进行了水力过渡过程计算分析。通过对比计算发现:减小飞逸曲线与机组运行轨迹线交点的单位转速,有助于降低机组最大转速上升率。初始工况点应选在特性曲线相对平滑的地方,有助于减小机组在过渡过程中的流量变化,降低蜗壳进口最大压力。“s”特性斜率变化率越小,整体越平滑,尾水管进口最小压力越高。可以为项目前期选择合适的转轮提供理论依据。

基于FCM和EO-SVM水轮机尾水管压力脉动特征识别

为有效识别水轮机尾水管压力脉动特征,提出了一种基于模糊C均值聚类、平衡优化器算法与支持向量机的识别方法。该方法首先采用平衡优化器算法优化SVM的惩罚因子和核函数以获得更好的SVM参数组合,构建EO-SVM识别模型以实现其在水轮机尾水管压力脉动特征识别中的应用。然后采用模糊C均值聚类算法将待分类的压力脉动特征进行初始聚类,将其分为四类,并依据聚类结果选择最靠近每类中心的样本作为EO-SVM模型的训练样本。将SVM和EO-SVM两种模型的识别分类结果进行比较,验证了所提EO-SVM模型的有效性。

分数阶转子-轴承耦合系统非线性动力学分析

为深入挖掘水轮发电机组转子-轴承系统的非线性耦合振动特性,将该系统的阻尼力从传统的固定整数阶扩展到灵活多变的分数阶范围。建立了含分数阶阻尼的转子与含分数阶的轴承在耦合作用下的动力学模型,分析了不同分数阶阶次对系统的影响,探讨了含分数阶阻尼转子与轴承的耦合模型在阶次对称系统和阶次非对称系统中的不同运动形态,给出了系统不同条件下的运动状态分布图,对比了碰摩故障在整数阶和分数阶条件下不同形态的动力特征,验证了所提出分数阶阻尼的优越性。结果表明,分数阶阻尼相比于整数阶阻尼具有非局部性、记忆性和适应非线性等新的动力学特征。

水电机组摆度周期性波动问题的分析和研究

本文针对某水电站机组上导轴承摆度峰峰值持续呈正弦周期性波动的问题,通过增加临时探头测量机组动态和静态时上机架支臂和基坑的间隙,以及不同方向支臂的间隙和机组运行参数等,发现支臂和基坑间隙一一对应,且间隙随环境温度的增加而增加,该间隙的变化规律符合因大部件金属构件蠕变传递至基座传感器引起的上导摆度周期波动的特征。因此可以确定机组摆度周期性波动是因为大部件金属随着温度变化而出现较大的位移蠕变,且该蠕变为非对称蠕变,以上过程量逐级传递至基座传感器位置,同时该文建议采用该结构形式的机架时应充分考虑支臂蠕变方向和限位措施。

李家峡水电站混流式水轮机改造关键技术分析

随着风力发电和光伏发电大规模发展,新型电力系统中新能源比例逐渐提高,水电机组启动迅速、调节灵活,因而常规水电站参与电网调能的特点越发突出。为了适应新型电力系统中多能互补的需求,水电机组的宽负荷范围稳定运行成为当下电网安全运行的迫切需求。以李家峡水电站#3水轮机为例,提出了水轮机改造设计理念,阐明了多能互补系统要求下水轮机改造的关键点,为水轮机的技术改造提供了方向。改造后的现场试验和运行数据表明,部分负荷工况下顶盖压力脉动极值降低了77.6%,顶盖的振动幅值也显著降低,可见部分负荷下水轮机的稳定性得到明显提升。同时,改造后水轮机成功实现了(0~100%)P_(r)(P_(r)为水轮机额定功率)全负荷范围内稳定经济运行,满足了新型电力系统对水电的调能要求,可为将来类似水电站的改造设计提供借鉴。

基于轴流泵改造的水泵水轮机转轮设计及优化

为探究基于轴流泵改造的轴流式水泵水轮机的水力性能,基于泵的流道,对轴流式水泵水轮机进行设计、数值计算。选取叶片进口安放角、出口安放角、叶片厚度、叶片数4个因素,应用L9(3^(4))正交表进行正交优化设计分析。结果表明,叶片数对轴流式水泵水轮机的性能影响最大,优化后的水泵工况效率提升了1.45%,水轮机工况效率提升了1.74%。优化得出的叶片水泵工况和水轮机工况的工作面背面的压力分布均匀,流态良好。泵工况下叶片做功效果良好,水轮机工况下的流道流线有明显改善,优化效果良好。设计的水泵水轮机在水泵工况下的工作流量为315~350 L/s,扬程范围为8.01~9.42 m;水轮机工况的工作流量为368~403 L/s,水头范围为6.80~10.72 m。研究结果可为泵站轴流泵改造抽水蓄能提供一定的理论支撑和性能参考。

基于运行效率分布差异的水电机组劣化状态趋势预测

为解决水电机组劣化状态难以刻画及预测精度低的问题,需深入探究不同机组状态下运行效率的分布差异特性,提出了一种基于运行效率分布差异的水电机组劣化状态趋势预测方法。首先,综合考虑水电机组工况(水头、流量)与效率之间映射关系和状态监测数据随机性,利用高斯混合模型拟合多工况下机组健康状态运行效率的概率分布特性;在此基础上,计算观测样本在机组健康状态分布下的负对数似然概率,并以此作为水电机组劣化状态指标,表征观测样本与机组健康状态标准分布之间的偏差;进一步采用非因果原理和高斯误差线性单元,分别改进时间卷积网络(TCN)的膨胀卷积模块和残差模块,并融合门控循环单元(GRU),设计并构建水电机组劣化状态预测模型;最后,利用某水电站#6机组实际运行监测数据开展方法验证。结果表明,所提方法能有效提升机组劣化状态趋势预测精度。

针对水轮机调节系统隐蔽攻击的混沌跳频扩频防御方案

水轮机调节系统作为水电机组的关键部分,其安全运行至关重要。为提高水轮机调节系统的安全性,设计了一种防御方案,检测并防御系统中潜在的隐蔽攻击。首先通过对系统信号进行混沌跳频调制和解调,消除隐蔽攻击的不良影响;其次,基于理论分析,推导出维持系统稳定的跳频频率约束,保证系统性能不因加入跳频/扩频信号和频率异步现象而受损。仿真结果表明,该方案能够在非高斯噪声环境中持续检测和防御不同类型的高强度隐蔽攻击,且不影响系统正常运行。此外,所提出的防御方案还具有复现隐蔽攻击信号的能力,这有助于操作员了解攻击信息并采取针对性措施。

混流式水电机组一次调频运行区分级划分方法——以拉西瓦水电站为例

混流式水电机组变水头宽负荷一次调频性能,是构建灵活电力平衡体系、保证频率稳定的重要内核。在水电站稳定性试验前提下,本文提出以一次调频电气特性为基准的运行区分级划分方法。该方法以调节时间、稳定时间和积分电量合格与否为分级划分基准,利用区域面积、区域中心和区域综合性能进行系统评价。以西北地区调频电厂拉西瓦水电站为例,通过与实验数据对比验证数学模型。在确认计算准确性基础上,以调频性能为优化目标,探究管径、转动惯量、积分增益等水机电参数对运行区分级划分的影响规律。最后,总结水机电参数对调频性能与运行区的贡献度占比,指出混流式水电机组变水头宽负荷一次调频运行优化的方向。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

分数极路比绕组形式对可变速抽蓄电机电磁激振力的影响

可变速抽蓄电机定子分数极路比绕组可以解决机组转速、容量、出口电压不匹配问题,但不同的绕组排布也会导致各支路的磁动势不对称,从而影响电机的电磁激振力。为了研究分数极路比绕组形式对可变速抽蓄电机电磁激振力的影响,推导了适用于不同分数极路比绕组形式的可变速抽蓄电机定子磁动势和电磁激振力的解析计算公式,以336 MW的可变速抽蓄电机为例,综合考虑磁动势不对称度、磁动势幅值、相位偏差和短距系数,获得不同分数极路比绕组形式对磁动势和电磁激振力的影响规律,进而建立了基于有限元的可变速抽蓄电机电磁激振力模型,计算了不同分数极路比绕组形式下可变速抽蓄电机电磁激振力,并进一步研究了支路环流对电磁激振力的影响。结果表明,合理的分数极路比绕组排布能有效削弱电磁激振力,且采用节距为14-15-16的不等节距分数极路比绕组方案能最小化环流的影响。研究结果可为可变速抽蓄电机的国产化研制提供技术支持。

水电机组振动评价和测点布置现行标准对比分析

比对了行业标准和国家标准中关于水电机组振动/摆度的越限评价和测点布置要求,阐述了工程现场振动/摆度测点的布置等,发现评价标准、测点布置标准和工程现场之间出现了振动评价边界条件、评价准则、评价工况、测点布置等不一致或不明确的现象。分析发现:各标准间不统一之处均出现在固定部件的振动评价和测点布置,对机组轴系径向振动(摆度)的规定相对统一;各标准中的不一致现象,不利于标准广谱应用,且容易产生歧义和分歧;评价标准和测点标准不一致的现象,不利于大型或者巨型机组现场全面振动评价;所有标准中评价准则中缺少振幅越限幅度与累计时长权重系数考虑,不利于水电机组新型角色下振动故障及状态检修开展和数据积累。该结论可为水电机组振动标准编制、安装验收、运行管理和科研试验等从业人员提供帮助和参考。

基于ICEEMDAN-VMD与结合注意力机制的简单循环单元的水轮机故障诊断

基于水电机组振动信号存在的非平稳和非线性,提出一种结合二次分解和简单循环单元(SRU)与注意力结合(Attention)的方法。首先采用ICEEMDAN和VMD方法对振动信号进行二次分解,将信号分解成本征模态函数(IMF);随后,引入基于SRU的深度学习模型,将提取得到的IMF信号输入到SRU中进行学习得到水电机组故障识别器。为了进一步提升模型的性能,在SRU中加入了注意力机制,使模型能够动态地关注不同IMF的重要信息。结合故障识别器和实时振动信号特征,即可识别水电机组运行状态为:正常、预警或故障类型;最后,为验证该方法的有效性,通过对比试验,结合实际电站机组样本数据,验证了所提方法在挖掘信号特征方面的可行性和优越性。