水轮机调速系统的故障诊断与容错控制探究张国伟

水轮机调速系统的故障诊断与容错控制探究张国伟

(黄河上游水电开发有限公司班多发电分公司青海兴海县813300)

摘要:随着社会的发展和科技水平的进步,资源的有效利用逐渐成为人们的关注重点,水资源是基础性的自然资源,同时在电力生产中具有不可代替的作用。水轮机调速系统是水力发电的核心之一,由于调速结构较为复杂,造成了水轮机调速故障模糊等问题,因此应对水轮机调速系统的故障诊断与容错控制进行探究。

关键词:水轮机;调速系统;故障诊断;容错控制

1.引言

调速系统可以实现各种复杂的控制功能,已经成为一个多功能的智能控制系统,但由于调速系统结构复杂,造成了水轮机调速系统故障的模糊性、随机性以及不确定性等问题,这就使得整个水轮机调速系统运行的可靠性和安全性降低。本文即针对水轮机调速系统的故障诊断与容错控制进行探究,展开分析了水轮机调速系统的的工作原理及特点,重点研究了水轮机调速系统的故障诊断和容错控制。

2.水轮机调速系统的工作原理及其特点

2.1水轮机调速系统的工作原理

水轮机调速系统是根据给定与反馈的差值进行调节工作,整个调速体统分为位置闭环和转速闭环两个闭环控制系统。在调速系统运行中,首先将差值信号转化为机械控制信号,控制水轮机的开度,从而控制发电机组运行频率,其中,位置闭环控制是受位置传感器控制,位置传感器检测到接力器位置信息后,将位置信息转化为电信号输送到电液随动系统进行闭环控制。水轮调速系统主要起到调节频率和调节电网功率的作用,调节频率是为了维持机组转速在额定转速附近,从而满足电网一次调频要求,调节电网功率需要根据电能消耗的需求或上级控制指令,从而完成调节工作,使系统正常、可靠运行。

2.2水轮机调速系统的特点

现如今,水轮机调速系统在水力发电中运用非常广泛,其也有许多自己的特点,主要有以下四个方面,一方面为了能够满足导水系统的自由调节,就必须保证调节系统有足够大的调节功率,因此,水轮机调速系统通常设置两个放大级;一方面更容易产生过调现象,由于导水系统变化较慢,跟不上负荷的变化,从而造成了调节的滞后,当整个机组调节到新转速时,由于惯性较大,上升速度不能与额定转速相匹配,就会出现超调现象;另一方面在低水头的情况下,为了提高发电效率,需要对导水系统进行双机制调节,在高水头情况下,还需要调节水轮机的喷针和折向器,可见在不同的情况下,调节方式也不一样;另一方面在开关导水系统时会受到水击反应,从而会抵消掉部分的调节作用,降低了调节效率。

3.水轮机调速系统的故障诊断

3.1信息融合故障诊断

信息融合是利用计算机把不同来源、不同用途、不同时间空间的信息按照一定的准则进行自动分析与整合,最终形成统一的信息进行表达,从而提高系统估算和判断信息的准确性和完整性。在水轮机调速系统故障诊断中,使用信息融合技术的原因主要有两点,一是能够通过多路传感器阵列全面的获取系统中各部件的信息,二是水轮机调速心疼的故障诊断过程与信息融合技术过程特征相似,因此,可以将信息融合技术拓展到故障诊断中。从这两方面来看,将信息融合技术应用到水轮机调速故障诊断中是完全可行的,不仅能够促进系统运行能力,还能在一定程度上使故障诊断更及时、准确、可靠。

3.2智能体故障诊断

智能体是一个与外界环境可以交互的实体,其具有感知、交流以及解决问题的功能,能够独立地在复杂的环境中运行,并完成相应的任务。智能体通过传感器和效应器对环境进行感知,能够有效的发挥其自主性、反应性、适应性、交互性、协作性以及通信能力。根据智能体的特点,可以构建出数据采集子系统、状态监测子系统、任务分解子系统、任务管理子系统以及用户接口子系统,这些子系统通过有效结合,组成智能体故障诊断系统,使其拥有很高的智能诊断能力,还可以通过知识经验和自身思维策略来对控制系统进行故障检测。

3.3BIT故障诊断

BIT故障诊断方是一种系统内测试的故障诊断方法,可以利用这种方法实现对自身电路、软件程序以及整个系统的运行状态的监测和测试,从而判断控制系统是否故障,同时能够再发现故障时进行自诊断和自隔离处理。设备的自检测过程以便分为发现异常状态、诊断故障状态及部位和进行分析和提出解决策略三部分组成。BIT技术作为一门独立的学科,其内容主要包括信号检测技术、信号处理技术、故障判断和识别技术以及预测及故障处理技术等构成,其主要起到提高诊断能力、简化测试设备、减少技术保障以及降低维修成本的作用,大大促进了调速系统的可靠运行。

4.水轮机调速系统的容错控制

4.1集成化容错控制

集成化容错控制方法是基于集成化故障诊断和容错控制,对系统故障进行容错控制的一种容错控制方式,其整个系统是由调速系统、检测仪表、主控制器、容错控制器、集成化故障检测子系统以及切换控制板六部分构成。集成化故障检测与诊断子系统由于集成了多种知识和诊断方法,会具有很高的智能化故障分析和处理能力,因此能够有效的对调速系统进行快速检测和故障识别,同时还具有故障预测和决策能力。集成化诊断与容错控制的应用,可以有效的提高设备的故障诊断能力和安全运行,为实现高效运行奠定了基础。

4.2网络化容错控制

网络化容错控制主要是指在出现故障后,对故障的部件进行隔离和冗余处理,从而保证控制系统网络能在故障条件下正常工作。在网络化容错控制中,主要包括故障隔离技术和系统重组技术,故障隔离技术分为物理故障隔离、控制信号隔离以及数据隔离,在控制网硬件架构设计时,一般采用物理故障隔离,而在控制信号和数据的隔离上,通常采用软、硬件相结合的方式实现;系统重组技术通常采用多余多备份冗余结构的控制系统,非冗余设备可以采用动态任务调整,具有自重组功能的高性能容错服务器三种策略,从而实现诊断故障的目的,为控制系统正常运行提供保障,提高系统的运行效率。

5.结语

总而言之,将故障诊断和容错控制技术应用到水轮机调速系统中,不仅能够提高水利发电的可靠性,同时在很大程度上促进了水电生产的效率和质量,为我国水电领域的发展指明了前进的道路,对实现我国资源的循环利用和可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]张镨.水轮机控制系统故障检测与诊断研究[J].西安理工大学,2006.

[2]谭宇航.水轮机调速系统的故障诊断与容错控制研究[J].重庆理工大学,2015.

[3]肖蕙蕙.水轮机调速器的智能故障诊断与控制研究[J].微计算机信息,2007.

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