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1、华中科技大学硕士学位论文水轮发电机温度状态分析与特性辨识方法研究姓名：孙监湖申请学位级别：硕士专业：系统分析与集成指导教师：李朝晖;艾友忠20090105I摘摘 要要 随着水电事业的发展， 传统计划检修中“维修不足”、 “维修过剩”的缺陷日益明显，状态检修的实施越来越迫切。水轮发电机是水电厂的关键设备，其发热与冷却系统关系到机组运行的可靠性和设备的使用寿命， 实现该系统的状态检修有利于提高机组运行的稳定性和电厂的经济效益。 基于此， 论文结合“长江电力最优维护信息系统”项目，对机组内部的温度进行了状态分析与特性辨识的方法研究。 由于水轮发电机内的温度与诸多影响因素之间表现出一种动态的强耦合、大
2、滞后、严重非线性关系，建立精确的数学模型有相当大的难度。论文在概述了机组内热传递的基本方式和基本规律，比较了当前各种电机温度分析方法后，基于统计与回归拟合方法建立了关于运行状态参量的简化温度模型。该模型可靠性高、复杂度低、实用性强。 论文按照数据挖掘过程，首先根据系统结构和工作原理建立了目标数据集，并对其中的温度量进行了有效性验证； 然后参考现场经验确定了系统内发热与冷却达到平衡所需时间和运行状态量的稳定条件，提取了温度等相关状态量均保持稳定时的数据，即热稳态数据；最后以稳态数据为基础，对温度量进行了状态分析，统计了相关温度量与运行状态参量之间的关系，建立了二次函数温度模型，提供了稳定工况下温
3、度量的参考值，并在时间纵向上比较了相同运行状态下的温度值，达到了反映系统运行性能变化的目的，从而为电厂的状态检修提供了参考平台和判断依据。 关键词：关键词：水轮发电机 状态检修 数据挖掘 发热与冷却 状态分析 特性辨识 IIAbstract With the development of hydropower, the shortcomings of conventional scheduled maintenance are more and more obvious, such as superfluous and deficient maintenance. The demand of
4、Condition-Based Maintenance is more and more urgent. The heating and cooling system of hydroelectric generator, which is vital to hydropower plants, is strongly influential to the reliability of operation and service life of equipment. Realizing condition-based maintenance of the system is quite hel
5、pful to improve both the stability of hydroelectric generator and the economic benefits of hydropower plant. Thus, combined with the project named “Yangtze Hydropower Optimal Maintenance Information System”, methodology studies have been done on the temperature state analysis and characteristics ide
6、ntification of hydroelectric generator. Because the relationship between temperature and a variety of relative factors has distinctions such as dynamic feature, strong coupling, large delay and high nonlinearity etc, its difficult to build precise mathematical models. This paper initially summarizes
7、 the basic way and the basic law of heat transfer inside hydroelectric generator, and then compares current analysis methods on temperature with one another. After all the above, a simplified temperature model, which is based on the methods of statistics and regression fitting, associated with opera
8、ting state parameters is proposed. The model is advanced in high reliability, low complexity and strong practicality. In accord to the process of data mining, the target datasets, whose data are verified to be valid, are firstly established on the basis of the structure and principle of system. Seco
9、ndly, the time needed for reaching the balance between heating and cooling and stability conditions of state parameters are confirmed according to the actual condition. Then the thermal stability data will be gained, which is the data at the time when both temperature and other state variables are s
10、table. Finally on the basis of stability data, the temperature state are analyzed, the relation between temperature and other state parameters are identified, the quadratic function temperature models associated with operating state parameters are built, and reference values of temperature under all
11、 condition are provided. Meanwhile, the temperature values under same condition at different periods are compared in order to reflect the change of system performance. All these have established the reference platform and judgment basis for Condition-Based Maintenance of hydropower plant. Key Words：
12、Hydroelectric Generator Condition-based Maintenance Data Mining Heating and Cooling State Analysis Characteristics Identification 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学
13、位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_ _年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 11 绪绪 论论 1.1 课题的研究背景和目的课题的研究背景和目的 随着我国水电机组设备向高参数、大容量、复杂化发展
14、，其安全经济运行对社会的影响也越来越大，检修投入大幅度增加。面对这个情况，现行检修体制中“维修不足”、“维修过剩”的缺陷日益明显，对此电厂检修模式正在逐步从“计划检修”向“状态检修”过渡。 状态检修(CBM，condition based maintenance)又称预知性检修(PDM，predictive diagnostic maintenance)是以设备当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态监测手段，对设备进行纵向(历史和现状)、横向(同类设备的运行状况)的比较分析，来识别故障的早期征兆， 对故障部位严重程度及发展趋势做出判断， 从而确定其最佳检修时机1。即对设备进行主动检修，而不是
15、针对已发生的故障进行计划外被动检修。状态检修能有效地避免故障检修和周期性定期检修带来的弊端，是较为理想的检修方式，也是今后设备检修模式发展的趋势2。其与计划检修相比有以下优点： 1) 提高设备安全性 状态检修， 能及早识别设备运行时所存在的缺陷， 从而有效地制定机组的检修计划和机组合适的运行方式， 这样就可以避免故障的进一步扩大和重大事故地发生。 另外，实施状态检修可以使设备的总体故障率下降。按照传统的计划检修方式，到了检修周期， 就必须对设备进行检修， 就有可能对本来稳定运行的机组增加一个外来的干扰，从而增加了机组的总体故障率。 2) 提高设备的利用率 由于对机组实施了状态检修， 使得机组检
16、修的次数和非计划停机次数减少。 此外，还可以最大限度的利用设备的磨损裕量，从而大大提高设备的利用率。 3) 减少维修时间和维修费用 通过采用状态检修技术， 可减少设备的重大故障及由此产生的维修费用， 废除例行的预防性计划检修，推迟主要设备的大修时间，降低维修所需要的人力、物力，从而达到降低成本，增加效益的目的。 4) 可提高设备寿命 2由于水电机组设备结构复杂，零部件多，各种零件的连接牢固，每次拆装都会损伤一部分零件，使零件受到外力的冲击，设备的总体寿命下降:实施状态检修，可以避免不必要的检修，减少检修机会，降低检修的程度，从而大大提高设备的寿命。 状态检修在国内外已经得到了广泛的研究、 取得了一定的研究成果， 并在实践中得到了一定的应用。根据美国对典型电站开展状态检修的统计，在4001300MW的电厂成功应用此项技术后，净收益为每年162万美元，
