[发明专利]基于效率及损耗的水电机组发电机故障诊断方法

权利要求书

1.基于效率及损耗的水电机组发电机故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取发电机效率与损耗的健康状态模型

首先为发电机这种能量转换装置引入了能量和分项损耗参数，作为状态评估和故障诊断特征；为了利用这种特征，设计了基于能量效率与分项损耗的健康状态模型；

步骤(1)获取发电机效率与损耗的健康状态模型，具体包括以下过程：

为了对总损耗进行分类，给电机规定了一个基准表面，将电机全部包在里面的基准表面，这个表面内产生的所有损耗，都通过该表面散发出去；

通过基准表面的划分，把热量产生的损耗分为基准面内部的损耗P_i和外部损耗P_e；

内部损耗P_i主要包括两部分，一部分是通过冷却回路带出基准表面的能量损耗；另一部分是不传递给冷却介质，而通过基准表面散发的能量损耗；

外部损耗P_e指在基准表面之外，但参与了机组运行发电的设备产生的损耗；

发电机的效率的计算公式为：

式中：

η：发电机效率；P_a：发电机有功功率输出，kW；P_L：发电机总损耗，kW；

考虑到稳态运行的发电机效率与功率因数有直接关系，在发电机设计阶段，不同功率因数对应不同的发电机效率曲线；

引入能量效率与分项损耗作为评估诊断特征，设计基于有功功率、无功功率和发电机效率的三维能量组合特征，即建立如下健康状态模型：

η_ij＝f(P_i,Q_j) (2)

其中，η_ij为对应发电机有功功率P_i和无功功率Q_j的发电机效率；i,j＝1,2,3,4...为划分发电机效率曲线网格的数目；P_i和Q_j均采用P.U.值，即与额定视在功率S的比值；

健康状态模型网格横坐标为有功功率P_i，纵坐标为无功功率Q_j，网格内为健康状态模型数据；

(2)发电机效率的异常评估

基于能量及损耗组合特性的发电机运行状态评估及诊断方法，即先采用效率参数进行能量状态评估；

(3)基于能量与分项损耗的诊断推理

根据评估结果再通过分项损耗的状态评估，获取当前工况的分项损耗特征，最后进行故障诊断得到其细化故障。

2.根据权利要求1所述的基于效率及损耗的水电机组发电机故障诊断方法，其特征在于，步骤(2)发电机效率的异常评估，具体包括以下过程：

机组投运初期，或者运行状态良好的情况下，对应不同的P_i、Q_j区间，测量和计算其对应的发电机效率，再通过高斯分布算法获得其均值μ和方差δ，从而得到式(2)的能量特性健康状态模型；根据正态分布函数原理，该区间内正常的效率值分布在[μ-3δ，μ+3δ]区间的概率为99.73％；

对每个P_i、Q_j区间，其健康状态模型包括效率统计特征和分项损耗统计特征；

如果当前实时获取的发电机效率值在[μ-3δ，μ+3δ]之外，判断发电机效率发生了异常；如果当前效率值在区间[μ-3δ，μ+3δ]内，则通过计算当前效率与健康状态下的效率基准值的偏差，获取其能量性能的劣化度f_i,j(η)，定义劣化度如下：

式中：f_i,j(η)为对应当前P_i、Q_j的机组能量劣化度；μ为正常运行状态下对应P_i、Q_j的机组效率均值；δ为正常运行状态下对应P_i、Q_j的机组效率相对于均值的方差。

3.根据权利要求2所述的基于效率及损耗的水电机组发电机故障诊断方法，其特征在于，步骤(3)基于能量与分项损耗的诊断推理，具体包括以下过程：

通过机组当前有功与无功状态对应的发电机效率，采用步骤(2)状态评估，针对单个网格内健康状态模型值中的效率统计特征，以及式(3)劣化度的定义，得到机组的能量效率劣化度；

比较对能量特性产生影响的分项损耗因素，同样采用步骤(2)状态评估，结合单个网格内健康状态模型值中的分项损耗统计特征，依次判断各项分项损耗是否异常，最后通过推理，得到发电机可能存在的故障。