CN106610617B - 一种蓄能机组故障分析***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄能机组故障分析***及方法，监控***上位机采集与处理抽水蓄能机组实时数据，并提供故障事件记录和曲线记录的一览表信息；后台处理模块调用所述监控***上位机的一览表信息，对数据查询并进行优化，并将采集的特征信息与算法模块进行交互；算法模块提取对应的特征规则，并对蓄能机组启停流程进行实施分析与判断，对故障及异常情况进行报警；同时，将该次流程成功执行结束后的相关信息进行计算，并更新对应规则的修正值；知识库管理模块提供管理接口，实现蓄能机组启停流程特征的特征规则编写。该***不仅可以得到实时流程运行信息，并反映流程异常情况，还可实现双重调节功能。

Description

一种蓄能机组故障分析***及方法

技术领域

本发明涉及电力***监测和分析技术领域，尤其涉及一种基于知识库的蓄能机组启停流程故障分析平台。

背景技术

目前，我国抽水蓄能电站建设进入了一个高速发展的时期。抽水蓄能机组在电力***中承担着调峰、调频、调相、事故备用及吸收多余电能等多种任务，是目前电网最重要的储能和调峰调频环节。抽水蓄能机组为可逆式机组，工况多样复杂，配合协作设备较多，各设备状态性能直接反映机组的运行性能。为保证电网及蓄能机组安全运行，充分发挥蓄能机组调峰调频能力，提高电能质量及电网频率的控制水平，需要对抽水蓄能机组工作的特性进行深入分析，以更好的充分掌控机组的相关信息，保障机组日常运行维护及为抽水蓄能机组状态检修提供支持。

抽水蓄能机组在启停过程中最容易出现故障，且表现出的故障形式多种多样，故障机理过程也十分复杂。目前国内外的蓄能机组故障诊断技术主要为基于设备故障树的匹配诊断方法，形式单一、功能简单，不能适应目前抽水蓄能机组多种工况转换，流程复杂且故障多发的应用现状。

通过研究发现，国内外对蓄能机组在线监测和分析诊断方面的研究主要缺点在于：

（1）集中在状态监测***的开发集成和故障的诊断方法上，目前的研究成果还不能满足现场需求。

（2）电厂现有***大多仍以图表曲线显示、讯号或指示报警等为主，由于对报警值的设定缺乏科学性，使得***无法做到准确异常或故障判断，对于故障诊断还是需要技术人员或专家分析来得出最终结果。

（3）有些***虽具有故障诊断功能，但达不到实用的水平。

（4）在设备状态检修方面，直接依靠在线监测***的功能来决定机组检修，目前的水平还满足不了要求，仍以提供技术支持为主。

发明内容

有鉴于此，有必要针对目前的问题，提供一种为提高运维人员对故障分析和处理的效率，基于基础知识库的抽水蓄能电厂上位机启停流程故障分析平台。通过监测机组开停机过程及状态，分析其实际模式，并将实际模式与知识库规则进行比对匹配，将比对结果作为故障诊断的依据，从而实现对抽水蓄能机组开停机过程的远程监测分析。

本发明的一方面提供一种蓄能机组故障分析方法，包括：

监视蓄能机组故障对应各故障特征信息；

从知识库中提供与所述故障特征信息匹配的特征规则，并判断所述故障特征信息是否与知识库特征规则相匹配；

匹配时，自动更新对应特征规则修正值；不匹配时，发出异常提示。

发明的另一方面提供一种蓄能机组故障分析***，包括：

监控***上位机，用于抽水蓄能机组实时数据采集与处理，并提供故障事件记录和曲线记录的一览表信息；

后台处理模块，用于调用所述监控***上位机的一览表信息，对数据查询并进行优化，并将采集的特征信息与算法模块进行交互；

算法模块，用于提取对应的特征规则，并对蓄能机组启停流程进行实施分析与判断，对故障及异常情况进行报警；同时，将该次流程成功执行结束后的相关信息进行计算，并更新对应规则的修正值；

知识库管理模块，用于提供管理接口，实现蓄能机组启停流程特征的特征规则编写；

及用户界面。

有益效果：

本发明根据知识库制定相关规则，完成对应故障分析算法，最终实现基于知识库的蓄能机组启停流程故障分析平台。本发明带来的好处是：

（1）直接监测各工况启停流程每一步运行情况，以及相关设备动作情况及跨步条件满足情况。通过知识库将各工况中每一个流程步信息及设备情况编写规则，对流程跨步实际时间进行监视并修正规则。同时将每一步跨步条件所需设备情况进行汇总，当发生流程超时事件时即可快速定位故障，并记录故障时刻各设备状态；

（2）根据知识库的规则条目，匹配设备特征，自动诊断流程过程中该设备情况是否异常。既能进行设备实施故障监视，又能对异常动作的设备进行诊断报警；

（3）通过人为设定调整值，增加分析诊断裕度，能根据现场情况进行各机组快速调节。***根据实际运行情况生成并更新修正值，对知识库规则进行二次修正，使得更接近机组实际运行情况。采用双重调整修正的方法，使得知识库规则更接近机组实际启停情况，又能增加智能管理手段。

（4）技术成果可在一定程度上配合预防性检修和状态检修的开展，并可在其他抽水蓄能电站和常规电站推广。

附图说明

图1基于知识库的蓄能机组启停流程故障分析平台整体框架图；

图2流程分析功能流程图；

图3模拟量特征分析功能流程图；

图4开关量特征分析功能流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的分析平台及其实现方法做详细说明。

图1为根据本发明的基于知识库的蓄能机组启停流程故障分析平台的整体框架示意图，表明该***的结构原理和各个部分之间的架构和流程传递关系。

如图1所示，本发明的一种蓄能机组故障分析***包括知识库管理模块103、算法模块102、后台处理模块101、用户界面104和抽水蓄能机组监控***上位机105。抽水蓄能机组监控***上位机105包括主计算机、数据库计算机、工程师站、操作员站和远动装置及其搭设网络。其中所述的远动装置包括完成调度与电站之间各种信息的采集并实时进行自动传输和交换的自动装置。

故障分析的前提条件是要有一定数量的能反映故障信息的故障特征形成的知识库106。蓄能机组在启停过程中出现异常，会引起一些物理参数的变化，比如出现某些异常会引起异常噪声、振动加剧等现象，此时监测到的振动、噪声等物理参数就会发生变化。将表征机组运行状态的设备参数称为特征参数，特征参数的信息条目称为特征信息。特征信息一般来源于对运行设备的状态监测（在线监测和离线监测），按其监测对象可分为电流、电压、功率等的电气参数，振动、行程、位移、导叶幵度、间隙等的机械参数，水位、流量、压力等的水力参数，应力应变等的力学参数，瓦温、油温、绕组温度等的热量参数等。同时，特征信息也包括不同流程中不同流程步的信息。

下面对知识库106的规则进行列举：

（1）流程步

U

O

S

Time

Regulation

Maunal

各字段含义为：

U：机组。标明该条规则对应的机组。

O：工况信息。标明该条规则对应的工况。

S：流程步。标明该条规则对应工况的流程第几步。

Time：流程步时间。标明该条规则对应流程步执行完所需的常规时间。

Regulation：修正值。由***自动生成并更新修正值，不需要管理人员填写。

Manual：人工调整值。为绝对值百分比，空值默认为0。

（2）特征标准前缀

U

O

S

T

A/D

Message

各字段含义为：

U：机组。标明该条规则对应的机组。

O：工况信息。标明该条规则对应的工况。

S：流程步。标明该条规则对应工况的流程第几步。

T：跳闸标识。标明该条规则是否表明机组跳闸。

A/D：模/数标识。标明该条规则对应的是模拟量或开关量特征信息，针对不同情况会连接模拟量后缀或开关量后缀。

Message：特征信息。与监控***中的数据库条目匹配。

以上字段均通过管理人员填写，不能为空，。

（3）模拟量后缀

Interval

Edge

Regulation

Maunal

Interval：区间值。标明监视时间区间，非空。

Edge：跳变值。标明跳变幅度，非空。

Regulation：修正值。由***自动生成并更新修正值，不需要管理人员填写。

Manual：人工调整值。为绝对值百分比，空值默认为0。

（4）开关量后缀

P Edge

N Edge

P Count

N Count

Regulation

Maunal

P Edge：从0到1变位区间值。标明监视时间区间，空值说明不分析。

N Edge：从1到0变位区间值。标明监视时间区间，空值说明不分析。

P Count：从0到1变位次数。标明设备从分位到合位动作次数，空值说明不分析。

N Count：从1到0变位次数。标明设备从分位到合位动作次数，空值说明不分析。

（注：以上四个字段至少有一个字段不为空值）

Regulation：修正值。由***自动生成并更新修正值，不需要管理人员填写。

Manual：人工调整值。为绝对值百分比，空值默认为0。

知识库管理模块103通过提供管理接口，实现蓄能机组启停流程特征的特征规则编写。同时，允许管理人员对知识库进行参数设定，备份及恢复等管理操作。

算法模块102用于提取对应的特征规则，并对蓄能机组启停流程进行实施分析与判断，对故障及异常情况进行报警；同时，将该次流程成功执行结束后的相关信息进行计算，并更新对应规则的修正值；

后台处理模块101对监控***上位机的一览表信息进行调用，对数据查询进行优化，并将特征信息与算法模块进行交互。

用户界面104即用户访问和操作该平台***的人机接口，提供用户输入查询、参数设定和数据输出相关界面。

监控***上位机105，用于抽水蓄能机组实时数据采集与处理，并提供故障事件记录和曲线记录的一览表信息。监控***上位机具备实时控制和调节抽水蓄能机组功能，负责抽水蓄能机组实时数据采集与处理，能够提供全面的事件记录和曲线记录，为事故原因查找和关键设备变化趋势分析提供很好的工具。同时，对其所监视设备的状态实时监控，若有异常则及时进行报警，以告知值班人员或维护人员。监控***上位机发送实时数据至后台处理模块，确保本发明的实用性、实时性和可靠性。将监控***下位机中涉及机组各工况启停流程步骤相关设备动作情况及跨步条件满足情况的变量送至监控***上位机。同时在监控***上位机中开发专门的画面功能展示实时流程运行中模拟量和开关量变化情况，反映流程异常情况（无论流程是否超时）并提供相关规则、算法、***数据和用户数据配置维护接口。

本发明的基于知识库的分析方法，该方法包括：

监视蓄能机组故障对应各故障特征信息；

从知识库中提供与所述故障特征信息匹配的特征规则，并判断所述故障特征信息是否与知识库特征规则相匹配；

匹配时，自动更新对应特征规则修正值；不匹配时，发出异常提示。

一种蓄能机组故障分析***和方法具备流程分析，模拟量特征分析，开关量特征分析，智能调节等功能。

流程分析，如图2所示：

流程分析对不同工况流程的每一步进行分析，对跳闸信号进行报警并锁定跳闸时刻流程状态和设备状态，同时对异常的流程执行时间进行提示。该功能相关信息如下：

（1）机组进入某一个启停工况流程的第一步。

（2）监测是否有跳闸信号。若有，则发出报警并锁定当前时刻的流程状态和设备状态；若无，则等待流程步执行完毕。

（3）监测流程是否超时。若超时，则发出报警并锁定当前时刻的流程状态和设备状态；若未超时，则记录并显示本次流程步所用时间。

（4）根据本次流程步所用时间，比对流程步预设时间。若超过预设时间则发出提示。同时，根据所用时间自动计算流程步时间的修正值，更新预设时间。

（5）进入流程第二步，重复（2）-（4）步内容，直到所有流程步结束，工况转换完成。

其中，流程时间修正为：

a.流程步预设时间TS区间为Time字段数值加Regulation字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到Time字段数值加Regulation字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和之间

b. 其中，修正值计算方法为：

Regulation等于流程步实际用时TA减Time字段数值的差然后除以采样值n

c. 采样值n为管理人员设定参数，一般取100

d. Manual为人工调整值（百分比），默认为0，设值为绝对值

模拟量特征分析，如图3所示：

模拟量特征分析对不同工况流程的每一步中的模拟量特征进行分析，对信号在特定时间区间内的异常跳变情况进行提示。该功能相关信息如下：

（1）机组进入某一个启停工况流程的第一步。

（2）监测对应模拟量特征的数值，直到该步结束。

（3）是否匹配知识库内规则（Interval和Edge字段匹配）。若匹配，则继续监测直到该步结束；若不匹配，则发出提示。

（4）若有多条规则，则依次进行匹配处理。

（5）该流程步结束后，若未发生规则不匹配的情况，则根据本次流程步情况更新规则的修正值。

（6）进入流程第二步，重复（2）-（5）步内容，直到所有流程步结束，工况转换完成。

其中，模拟量特征修正为：

a. 规则匹配方法

时间区间为Interval字段数值加Regulation1字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到Interval字段数值加Regulation1字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和之间

&&

跳变区间为Edge字段数值加Regulation2字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到Edge字段数值加Regulation2字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和之间

同时在时间区间和跳变区间内进行匹配

b. 修正值计算方法为：

Regulation1等于模拟量特征变化实际用时IA除以模拟量特征跳变实际幅度EA减去Interval字段数值除以Edge字段数值的差，乘以Edge字段数值，再除以采样值n

Regulation2等于模拟量特征跳变实际幅度EA除以模拟量特征变化实际用时IA减去Edge字段数值除以Interval字段数值的差，乘以Interval字段数值，再除以采样值n

c. 采样值n为管理人员设定参数，一般取100

d. Manual为人工调整值（百分比），默认为0，设值为绝对值

开关量特征分析，如图4所示：

开关量特征分析对不同工况流程的每一步中的开关量特征进行分析，对信号在特定时间区间内的变位情况以及流程步过程中的变位次数异常情况进行提示。该功能相关信息如下：

（1）机组进入某一个启停工况流程的第一步。

（2）监测对应开关量特征的变位时间和变位信息，直到该步结束。

（3）是否匹配知识库内规则（P Edge、N Edge、P Count和N Count字段匹配）。若匹配，则继续监测直到该步结束；若不匹配，则发出提示。

（4）若有多条规则，则依次进行匹配处理。

（5）该流程步结束后，若未发生规则不匹配的情况，则根据本次流程步情况更新规则的修正值。

（6）进入流程第二步，重复（2）-（5）步内容，直到所有流程步结束，工况转换完成。

其中，开关量特征修正为：

a. 规则匹配方法

从0到1变位时间区间为P Edge字段数值加Regulation1字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到P Edge字段数值加Regulation1字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和

从1到0变位时间区间为N Edge字段数值加Regulation2字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到N Edge字段数值加Regulation2字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和

从0到1变位次数区间为P Count字段数值加Regulation3字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到P Count字段数值加Regulation3字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和

从1到0变位次数区间为N Count字段数值加Regulation4字段数值的和乘以1减Manual字段数值的差，到N Count字段数值加Regulation4字段数值的和乘以1加Manual字段数值的和

b. 修正值计算方法为：

Regulation1等于开关量特征变位实际用时PT减P Edge字段数值的差，再除以采样值n

Regulation2等于开关量特征变位实际用时NT减N Edge字段数值的差，再除以采样值n

Regulation3等于开关量特征实际变位次数PC减P Count字段数值的差，再除以采样值n

Regulation4等于开关量特征实际变位次数NC减N Count字段数值的差，再除以采样值n

c. 采样值n为管理人员设定参数，一般取100

d. Manual为人工调整值（百分比），默认为0，设值为绝对值

智能调节：

智能调节完成规则修正值实时自动计算，对不同机组、不同流程、不同规则进行差异化管理，使规则更匹配机组启停流程的实际情况。该功能相关信息如下：

（1）机组进入某一个启停工况流程的第一步。

（2）该流程步正常执行结束后，根据流程步实际执行时间，实时计算并更新知识库规则的修正值。

（3）该流程步正常执行结束后，根据模拟量特征的实际监测情况，实时计算并更新知识库规则的修正值。

（4）该流程步正常执行结束后，根据开关量特征的实际监测情况，实时计算并更新知识库规则的修正值。

（5）进入流程第二步，重复（2）-（5）步内容，直到所有流程步结束，工况转换完成。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种蓄能机组故障分析方法，其特征在于，包括：

监视蓄能机组启停工况流程故障时对应各设备故障特征信息；

从知识库中提供与所述故障特征信息匹配的特征规则，并判断所述故障特征信息是否与知识库特征规则相匹配；所述知识库特征规则包括流程步，特征标准前缀，模拟量后缀，开关量后缀；

匹配时，根据工况流程情况自动更新对应特征规则修正值；不匹配时，发出异常提示。

2.根据权利要求1 所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述特征信息为表征机组运行状态的设备参数的信息条目及不同流程中不同流程步的信息。

3.根据权利要求1 所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述修正值为***根据对应设备在过去某个工况流程中某一段时间的动作情况、即某项设备特征的变化情况自动计算的自动调整修正值。

4.根据权利要求1所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述的流程步包括：

机组，用于标明该条规则对应的机组；

工况信息，用于标明该条规则对应的工况；

流程步，用于标明该条规则对应工况的流程的第几步；

流程步时间，用于标明该条规则对应流程步执行完所需的常规时间；

修正值及人工调整值。

5.根据权利要求1所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述的特征标准前缀包括：

机组，工况信息，流程步，特征信息；

跳闸标识，用于标明该条规则是否表明机组跳闸；

模/数标识，用于标明该条规则对应的是模拟量或开关量特征信息，针对不同情况会连接模拟量后缀或开关量后缀。

6.根据权利要求1所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述的模拟量后缀包括：

区间值，用于标明监视时间区间，非空；

跳变值，用于标明跳变幅度，非空；

修正值及人工调整值。

7.根据权利要求1所述的蓄能机组故障分析方法，其特征在于，所述的开关量后缀包括：

P Edge上升沿变化区间：用于标明监视从0到1变位时间区间值；

N Edge下降沿变化区间：用于标明监视从1到0变位时间区间值；

P Count上升沿变化次数：用于标明监视从0到1变位次数区间值；

N Count下降沿变化次数：用于标明监视从1到0变位次数区间值；

其中，以上四个字段至少有一个字段不为空值；

修正值及人工调整值。

8.一种蓄能机组故障分析***，其特征在于，包括：

监控***上位机，用于抽水蓄能机组实时数据采集与处理，并提供故障事件记录和曲线记录的一览表信息；

后台处理模块，用于调用所述监控***上位机的一览表信息，对数据查询并进行优化，并将采集的特征信息与算法模块进行交互；

算法模块，用于提取对应的特征规则，并对蓄能机组启停流程进行实施分析与判断，对故障及异常情况进行报警；同时，将该次流程执行结束后的相关流程信息进行计算，并更新对应启停流程特征规则的修正值；所述修正值为***根据对应设备在过去某个工况流程中某一段时间的动作情况、即某项设备特征的变化情况自动计算的自动调整修正值；

知识库管理模块，用于提供管理接口，实现蓄能机组启停流程特征的特征规则编写；所述知识库特征规则包括流程步，特征标准前缀，模拟量后缀，开关量后缀；

及用户界面。

9.根据权利要8所述的蓄能机组故障分析***，其特征在于，所述监控***上位机包括服务器、数据库计算机、工程师工作站、操作员工作站和远动装置。