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CN114278485B - 一种水电站开机温度告警方法及系统 - Google Patents

一种水电站开机温度告警方法及系统 Download PDF

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CN114278485B CN202111360259.3A CN202111360259A CN114278485B CN 114278485 B CN114278485 B CN 114278485B CN 202111360259 A CN202111360259 A CN 202111360259A CN 114278485 B CN114278485 B CN 114278485B
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刘梦初
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张雷防
陆健雄
吕凡
刘成
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Nanjing Nari Water Conservancy And Hydropower Technology Co ltd
NARI Group Corp
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Nanjing Nari Water Conservancy And Hydropower Technology Co ltd
NARI Group Corp
China Three Gorges Construction Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种水电站开机温度告警方法及系统,其包括:构建开机温度变化曲线样本库;根据水电站发电机组的开机条件从开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线;根据水电站发电机组的实时温度和样本曲线得到实时温度变化斜率和样本温度变化斜率;根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率进行温度异常判断得到一次判断结果,并根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警;当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警。本发明能够在开机温度还没到达设备所能耐受的极限温度前发现机组温度异常变化,进行温度告警,对于保障电站的安全稳定运行具有重要的作用。

Description

一种水电站开机温度告警方法及系统
技术领域
本发明涉及一种水电站开机温度告警方法及系统,属于水电站监控技术领域。
背景技术
水力发电厂发电机组温度的测量监控主要包括机组轴承(推力轴承、导向轴承)、定子铁芯及绕组等部位的运行温度监测。发电机组运行温度是发电厂最主要的非电气量监测参数,直接关系到发电机组的安全稳定运行和机组的工作寿命。长期以来,电站测温应用研究主要集中在测量温度的方法与温度越限告警方法的研究,温度测量方法从最初的热电阻测温发展到后续的光纤测温;温度告警一般采用测量值越限告警的方法,其高限一般采用主机厂家提供的设备所能耐受的极限温度。
传统的温度测量和告警方法在稳态工况下简单有效,但在水电机组开机的过程中,为了兼容开机、稳态、过速等各种运行情况,告警阈值必须设置的较高,才能避免误动,可是阈值设置的较高不利于稳态工况下的温度告警,而且机组开机过程中温度由低升高,传统限值告警无法识别温度的快速爬升趋势,此外,由于温度滞后效应严重,温度变化惯性大,使用传统限值方法在达到告警温度触发停机操作后,温度仍将继续上升,可能远远超过设备的额定最高温度,对设备寿命造成一定的影响。
发明内容
为了解决现有技术中温度测量、告警方法不适应于水电机组开机温度的问题,本发明提出了一种水电站开机温度告警方法及系统,从机组的历史运行数据中挖掘开机过程的温度上升过程曲线,建立开机温度变化曲线的样本库,在机组开机时根据起始条件从样本库中选择合适的开机曲线与实际开机温度上升曲线进行跟踪比对,在偏差超过阈值后进行报警,实现准确可靠的开机温度告警。
为解决上述技术问题,本发明采用了如下技术手段:
第一方面,本发明提出了一种水电站开机温度告警方法,包括如下步骤:
根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线;
获取开机后水电站发电机组的实时温度,根据实时温度计算间隔单位时间的实时温度变化斜率,并根据样本曲线得到与实时温度变化斜率对应时刻的样本温度变化斜率;
根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果;
根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警;
当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警。
结合第一方面,进一步的,所述开机条件包括初始开机温度和初始室内温度。
结合第一方面,进一步的,所述开机温度变化曲线样本库的构建方法如下:
获取水电站发电机组的历史开机数据;
利用平滑算法对历史开机数据进行数据清洗和时间戳规整处理;
根据处理后的历史开机数据生成多条历史开机温度变化曲线;
分别对开机温度和室内温度进行区间划分,形成温度区间二维表;
根据历史开机温度变化曲线的初始开机温度和初始室内温度选择温度区间,将历史开机温度变化曲线按照时间顺序分工况存入温度区间二维表,生成开机温度变化曲线样本库。
结合第一方面,进一步的,利用平滑算法对历史开机数据进行数据清洗和时间戳规整处理的方法包括:
根据基本时间单位tΔ从历史开机数据中提取出多个时间段的温度数据;
根据每个时间段的温度数据计算平滑算法的AB系数,计算公式如下:
其中,a为平滑算法的A系数,表示时间段内温度的平均值,b为平滑算法的B系数,表示时间段内温度采样时刻的平均值,n为时间段内的温度采样总数,xi表示时间段内第i个温度采样时刻,yi表示时间段内xi时刻采集到的温度值,i=1,2,…,n;
基于平滑算法的AB系数对每个时间段内的温度数据进行平滑处理,公式如下:
Yi=bxi+a (3)
其中,Yi表示平滑处理后xi时刻的温度值。
结合第一方面,进一步的,假设温度区间二维表中第j个单元格中已经存有历史开机温度变化曲线γ1,历史开机温度变化曲线γ2的初始开机温度和初始室内温度也属于第j个单元格的温度区间,获取历史开机温度变化曲线γ1和历史开机温度变化曲线γ2的开机时长并计算开机时长差值,当开机时长差值大于10分钟时,将开机时长大的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格,否则将开机时间晚的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格。
结合第一方面,进一步的,温度异常判断和是否进行开机温度告警的方法包括:
根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率计算温度变化斜率差值kΔm=km-ksm,其中,kΔm表示第m个时间间隔内的温度变化斜率差值,km表示第m个时间间隔内的实时温度变化斜率,ksm表示第m个时间间隔内的样本温度变化斜率,m为大于1的正整数;
当kΔm大于预设阈值klimit且kΔm-1也大于klimit时,将偏差次数加一,否则偏差次数为0;
当偏差次数大于等于N时,判断水电站发电机组温度异常,进行开机温度告警。
结合第一方面,进一步的,在水电站发电机组开机结束后,根据开机过程中的实时温度生成实时开机温度变化曲线,并根据水电站发电机组的开机条件判断是否将实时开机温度变化曲线更新至开机温度变化曲线样本库。
结合第一方面,进一步的,当开机温度变化曲线样本库中没有满足水电站发电机组的开机条件的样本曲线时,根据水电站发电机组的开机条件在开机温度变化曲线样本库中选择温度区间,并将实时开机温度变化曲线存入该温度区间内。
结合第一方面,进一步的,所述开机结束条件为:
水电站发电机组收到停机令或水电站发电机组的温度在M分钟内变化小于预设的门限值。
第二方面,本发明提出了一种水电站开机温度告警系统,包括:
开机温度变化曲线样本库,用于存储水电站发电机组历史上的开机温度变化曲线;
样本筛选模块,用于根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线;
曲线绘制模块,用于根据水电站发电机组开机过程中的温度数据生成开机温度变化曲线;
跟踪报警模块,用于根据水电站发电机组的实时温度和样本曲线计算得到实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果,并根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警;
待机模块,当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警。
采用以上技术手段后可以获得以下优势:
本发明提出了一种水电站开机温度告警方法及系统,本发明可以从水电机组的历史运行数据中挖掘开机过程的温度数据,生成开机温度变化曲线,进而建立开机温度变化曲线样本库,为水电站开机温度告警提供数据支持,具有极高的可用性。本发明能够实时跟踪开机温度在单位时间内的变化斜率,并与样本曲线的温度变化斜率比较,超过阈值后告警,计算方法简单快速,能够在毫秒级别完成机组全部温度测点的跟踪计算,具有较高的实时性。
本发明可以在开机温度还没到达设备所能耐受的极限温度前发现机组温度异常变化,提醒运行维护人员提前进行处置,能够有效避免发电站出现更大的人身财产损失,对于保障电站的安全稳定运行具有重要的作用。
附图说明
图1为本发明一种水电站开机温度告警方法的步骤流程图;
图2为本发明实施例中开机温度变化曲线样本库的构建流程图;
图3为本发明实施例中选取样本曲线的流程图;
图4为本发明实施例中开机温度异常判断和告警流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明:
本发明提出了一种水电站开机温度告警方法,如图1所示,具体包括如下步骤:
步骤A、构建开机温度变化曲线样本库,本发明以水电站监控系统历史数据为数据基础,从机组的历史运行数据中挖掘开机过程的温度上升过程样本,通过平滑算法完成数据清洗和时间戳规整后,形成标准的温度变化曲线样本,并以开机温度与室温为工况条件,建立开机温度变化标准曲线样本库。如图2所示,具体操作如下:
步骤A01、获取水电站发电机组的历史开机数据。从水电站监控系统获取水电站发电机组的历史运行数据,以开机令为开始时间,停机令或机组温度测值连续5分钟变化幅值小于1度为结束时间,获得历史开机数据,历史开机数据包括开始时间、结束时间、机组测温点位置、温度采样时刻、测温点在温度采样时刻采集到的温度等内容。
步骤A02、设置基本时间单位tΔ,利用平滑算法对历史开机数据进行数据清洗和时间戳规整处理,数据清洗和时间戳规整的具体操作为:
(1)以连续4个基本时间单位tΔ为一个时间段,从历史开机数据中提取出多个时间段的温度数据,即在历史开机数据的每个开机时间范围内选一个时刻作为开始时刻,把从开始时刻起连续4个tΔ内的数据提取出来进行后续处理。
(2)根据每个时间段的温度数据计算平滑算法的AB系数,计算公式如下:
其中,a为平滑算法的A系数,表示时间段内温度的平均值,b为平滑算法的B系数,表示时间段内温度采样时刻的平均值,n为时间段内的温度采样总数,xi表示时间段内第i个温度采样时刻,yi表示时间段内xi时刻采集到的温度值,i=1,2,…,n。
(3)基于平滑算法的AB系数对每个时间段内的温度数据进行平滑处理,公式如下:
Yi=bxi+a (10)
其中,Yi表示平滑处理后xi时刻的温度值。
根据平滑算法计算结果按照tΔ间隔获得有效的温度数据。
步骤A03、根据处理后的历史开机数据生成多条历史开机温度变化曲线,一般情况下,一条温度变化曲线包含机组上一个测温点一次开机过程的温度变化,温度变化曲线的横坐标为时间,纵坐标为温度。
步骤A04、分别对开机温度和室内温度进行区间划分,此处的开机温度指机组开始开机的那个时刻机组的温度,开机温度和室内温度的起止数值可以根据经验设置,比如开机温度从10℃开始,间隔1℃建立区间,室内温度从-10℃开始,间隔5℃建立区间,形成温度区间二维表。温度区间二维表中的每个单元格对应一组开机温度区间和室内温度区间,比如开机温度10℃~11℃,室内温度0℃~5℃。
步骤A05、将步骤A03得到的历史开机温度变化曲线按照开机时间顺序排列,从开机时间最早的曲线开始,根据历史开机温度变化曲线的初始开机温度和初始室内温度选择温度区间,然后将历史开机温度变化曲线分工况依次存入温度区间二维表,生成开机温度变化曲线样本库。
步骤A06、由于曲线时按照时间顺序存入二维表的,因此会出现表中已有曲线的情况:假设温度区间二维表中第j个单元格(开机温度范围为10℃~11℃,室内温度范围为0℃~5℃)中已经存有开机时间靠前的历史开机温度变化曲线γ1(初始开机温度为11℃,初始室内温度为1℃),开机时间靠后的历史开机温度变化曲线γ2的初始开机温度(13℃)和初始室内温度(4℃)也属于第j个单元格的温度区间,这种情况下需要判断样本有效性,获取历史开机温度变化曲线γ1和历史开机温度变化曲线γ2的开机时长(结束时间-开机时间)并计算两者的开机时长差值,当开机时长差值大于10分钟时,将开机时长大的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格,否则将开机时间晚的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格,比如,γ1的开机时长是16分钟,γ2的开机时长是22分钟,则两者的开机时长差值为22-16=8<10,因此将开机时间更晚的γ2存入第j个单元格。
步骤B、根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线,其中,开机条件包括初始开机温度和初始室内温度,即机组收到开机令进行开机操作的时刻采集到的机组温度和室内温度。
与水电站监控系统实时数据总线对接,实时跟踪监视机组开机令,当发现开机操作后,逐个测温点的为机组准备样本曲线。如图3所示,针对机组上的每个测温点,收到开机令后,获取该测温点的初始开机温度和初始室内温度,作为水电站发电机组的开机条件,然后根据开机条件从预先构建的开机温度变化曲线样本库中查找对应的温度区间,并从温度区间的单元格中提取历史开机温度变化曲线作为样本曲线。如果开机温度变化曲线样本库中没有满足水电站发电机组当前时刻的开机条件的样本曲线(即温度区间对应的单元格中没有曲线)时,正常采集机组开机过程中的温度数据,在水电站发电机组开机结束后,根据开机过程中的实时温度生成开机温度变化曲线,并更新至开机温度变化曲线样本库,以便下次使用。
步骤C、获取开机后水电站发电机组的实时温度,根据实时温度计算间隔单位时间的实时温度变化斜率,并根据样本曲线得到与实时温度变化斜率对应时刻的样本温度变化斜率。
如图4所示,实时温度变化斜率和样本温度变化斜率的计算过程为:
(1)监测到新的开机令后,将样本曲线的开始时间和收到新的开机令的时间均初始化为0,以基本时间单位tΔ为时间间隔对样本曲线和实时温度进行跟踪对比,设收到开机令进行机组开机操作后tm时刻的实时温度为Tm,间隔tΔ后得到第二个时刻 时刻的实时温度为从样本曲线上获取tm时刻的历史温度Tsm时刻的历史温度
(2)根据间隔tΔ的温度数据计算实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,计算公式如下:
其中,km表示第m个时间间隔内的实时温度变化斜率,ksm表示第m个时间间隔内的样本温度变化斜率,m为大于1的正整数。
步骤D、根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果,并根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警,如图4所示,具体操作包括:
步骤D01、根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率计算温度变化斜率差值kΔm=km-ksm,其中,kΔm表示第m个时间间隔内的温度变化斜率差值。
步骤D02、当kΔm大于预设阈值klimit且kΔm-1也大于klimit时,将偏差次数加一,否则偏差次数为0。
步骤D03、当偏差次数大于等于N时,判断水电站发电机组温度异常,进行开机温度告警,否则循环步骤D01~D05,检查下一个时间间隔的温度变化斜率,记录kΔm。在本发明实施例中,N=3。
本发明只有当温度变化斜率差值连续N次超过阈值时才会进行报警,可以避免传感器因受干扰跳变而导致误动。
步骤E、本发明可以重复步骤D,在开机过程中持续进行开机温度监测和开机温度告警,当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警,开机结束条件包括:1、水电站发电机组收到停机令;2、水电站发电机组的温度在M分钟内变化小于预设的门限值,本发明实施例中M=5。
步骤F、在水电站发电机组开机结束后,根据开机过程中的实时温度生成实时开机温度变化曲线,并根据水电站发电机组的开机条件判断是否将实时开机温度变化曲线更新至开机温度变化曲线样本库,具体判断过程为:
步骤F01、当开机温度变化曲线样本库中没有满足水电站发电机组的开机条件的样本曲线时,根据水电站发电机组的开机条件在开机温度变化曲线样本库中选择温度区间,并将实时开机温度变化曲线存入该温度区间内。
步骤F02、当开机温度变化曲线样本库中有满足水电站发电机组的开机条件的样本曲线时,根据步骤A06的方法对样本曲线和实时开机温度变化曲线的开机时长进行比较,并最终判断是否更新曲线。
本发明还提出了一种水电站开机温度告警系统,包括开机温度变化曲线样本库、样本筛选模块、曲线绘制模块、跟踪报警模块和待机模块。
开机温度变化曲线样本库主要用于存储水电站发电机组历史上的开机温度变化曲线,开机温度变化曲线样本库中的曲线可以随着时间推移不断更新。
样本筛选模块主要用于根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线。
曲线绘制模块主要用于根据水电站发电机组开机过程中的温度数据生成开机温度变化曲线,具体可以根据历史开机数据中的历史温度生成历史开机温度变化曲线,根据实时开机数据中的实时温度生成实时开机温度变化曲线。
跟踪报警模块主要用于根据水电站发电机组的实时温度和样本曲线计算得到实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果,并根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警,跟踪报警模块的操作与本发明方法的步骤C~D一致。
待机模块主要当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警。
本发明方法和系统的操作简单快捷,可用性和实时性高,能够在开机温度还没到达设备所能耐受的极限温度前发现机组温度异常变化,提醒运行维护人员提前进行处置,能够有效避免发电站出现更大的人身财产损失,对于保障电站的安全稳定运行具有重要的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,包括如下步骤:
根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线;
获取开机后水电站发电机组的实时温度,根据实时温度计算间隔单位时间的实时温度变化斜率,并根据样本曲线得到与实时温度变化斜率对应时刻的样本温度变化斜率;
根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果;
根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警;
当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警;
其中,温度异常判断和是否进行开机温度告警的方法包括:
根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率计算温度变化斜率差值,其中,表示第m个时间间隔内的温度变化斜率差值,表示第m个时间间隔内的实时温度变化斜率,表示第m个时间间隔内的样本温度变化斜率,m为大于1的正整数;
大于预设阈值也大于时,将偏差次数加一,否则偏差次数为0;
当偏差次数大于等于N时,判断水电站发电机组温度异常,进行开机温度告警。
2.根据权利要求1所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,所述开机条件包括初始开机温度和初始室内温度。
3.根据权利要求1所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,所述开机温度变化曲线样本库的构建方法如下:
获取水电站发电机组的历史开机数据;
利用平滑算法对历史开机数据进行数据清洗和时间戳规整处理;
根据处理后的历史开机数据生成多条历史开机温度变化曲线;
分别对开机温度和室内温度进行区间划分,形成温度区间二维表;
根据历史开机温度变化曲线的初始开机温度和初始室内温度选择温度区间,将历史开机温度变化曲线按照时间顺序分工况存入温度区间二维表,生成开机温度变化曲线样本库。
4.根据权利要求3所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,利用平滑算法对历史开机数据进行数据清洗和时间戳规整处理的方法包括:
根据基本时间单位从历史开机数据中提取出多个时间段的温度数据;
根据每个时间段的温度数据计算平滑算法的AB系数,计算公式如下:
其中,为平滑算法的A系数,表示时间段内温度的平均值,为平滑算法的B系数,表示时间段内温度采样时刻的平均值,n为时间段内的温度采样总数,表示时间段内第i个温度采样时刻,表示时间段内时刻采集到的温度值,i=1,2,…,n;
基于平滑算法的AB系数对每个时间段内的温度数据进行平滑处理,公式如下:
其中,表示平滑处理后时刻的温度值。
5.根据权利要求3所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,假设温度区间二维表中第j个单元格中已经存有历史开机温度变化曲线,历史开机温度变化曲线的初始开机温度和初始室内温度也属于第j个单元格的温度区间,获取历史开机温度变化曲线和历史开机温度变化曲线的开机时长并计算开机时长差值,当开机时长差值大于10分钟时,将开机时长大的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格,否则将开机时间晚的历史开机温度变化曲线存入第j个单元格。
6.根据权利要求1所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,在水电站发电机组开机结束后,根据开机过程中的实时温度生成实时开机温度变化曲线,并根据水电站发电机组的开机条件判断是否将实时开机温度变化曲线更新至开机温度变化曲线样本库。
7.根据权利要求6所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,当开机温度变化曲线样本库中没有满足水电站发电机组的开机条件的样本曲线时,根据水电站发电机组的开机条件在开机温度变化曲线样本库中选择温度区间,并将实时开机温度变化曲线存入该温度区间内。
8.根据权利要求1所述的一种水电站开机温度告警方法,其特征在于,所述开机结束条件为:
水电站发电机组收到停机令或水电站发电机组的温度在M分钟内变化小于预设的门限值。
9.一种水电站开机温度告警系统,其特征在于,包括:
开机温度变化曲线样本库,用于存储水电站发电机组历史上的开机温度变化曲线;
样本筛选模块,用于根据水电站发电机组的开机条件,从预先构建的开机温度变化曲线样本库中选取样本曲线;
曲线绘制模块,用于根据水电站发电机组开机过程中的温度数据生成开机温度变化曲线;
跟踪报警模块,用于根据水电站发电机组的实时温度和样本曲线计算得到实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率,进行温度异常判断,得到一次判断结果,并根据连续N次判断结果判断是否进行开机温度告警;
待机模块,当水电站发电机组满足开机结束条件时,停止开机温度监测和开机温度告警;
其中,温度异常判断和是否进行开机温度告警的方法包括:
根据实时温度变化斜率和样本温度变化斜率计算温度变化斜率差值,其中,表示第m个时间间隔内的温度变化斜率差值,表示第m个时间间隔内的实时温度变化斜率,表示第m个时间间隔内的样本温度变化斜率,m为大于1的正整数;
大于预设阈值也大于时,将偏差次数加一,否则偏差次数为0;
当偏差次数大于等于N时,判断水电站发电机组温度异常,进行开机温度告警。
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