[01024307]面向大型发电机组低频故障在线监测与诊断成套技术及应用

全国电力总装机容量超12亿kW,居世界第一。电力系统的安全生产成为重中之重，是电力事业发展的命脉，大型发电机组的状态监测与故障诊断是其安全的根本保障。水电、风电等大型机组装机呈爆发性增长，容量超过3亿kW。这类装备运行工况复杂、外界扰动随机性强、装机环境恶劣并具有大负荷不确定性，极易诱发低频（低于10Hz)机械故障。国际上，低频振动信号检测一直是制约大型机组故障诊断的公认难题。由于机组低频振动引起的故障特征复杂、隐蔽性强，诊断极为困难，尚无成熟的技术及产品。因此，迫切需要自主开发低频监测与诊断技术，并实现产业化。历经十余年产、学、研联合攻关，发明了接触和非接触式低频传感器新技术，研制了用于发电机组状态监测和故障诊断的系列新产品，在水电、风电等发电领域实现了大规模应用。主要创新点如下：研制了具有高灵敏度的系列低频振动传感器。建立了锥形压电陶瓷材料传感器响应模型，发明了温度敏感性低的惰性合金材料，提出了高敏感锥型新结构，建立了长时效、低时漂传感器设计标准，研制了超低温漂、高灵敏度低频振动传感器。低频下限为0.2Hz，温漂低于0.0008V/℃,指标优于国内外同类产品。发明了振动传感器高可靠性试验、标定技术及装置。发明了低频传感器可靠性复合环境试验系统，研制了十字交叉型高精度振动校准装置。校验装置标定频率范围0.1Hz-2000Hz。发明了高可靠性低频传感器新工艺，已批量化生产12个系列、50个品种的传感器。提出了转子系统微弱信号故障特征频率辨识新技术。提出复杂故障多源非线性滤波等方法，实现多场耦合故障频率特征建模及解耦，开发了基于信息融合神经网络自学习的故障分类系统，完成了多工况下转子故障模拟实验，并建立了故障特征库。研制了机组在线状态监测及故障诊断系统。针对机组分布广、结构复杂、工况多变、成套故障诊断技术缺乏等特点，提出基于D-S证据理论的概率赋值决策方法，研制了一系列可用于常规水能、抽水蓄能、风能等系统的低频振动故障诊断装置，开发了基于C/S模式的弹性组态在线监测与故障诊断系统。成果在中国长江电力集团葛洲坝电厂、金风科技、国网华东电网公司为代表的水电、风电等大型企业应用。成果覆盖了全国抽水蓄能行业，包括华东天荒坪抽水蓄能电站、广东惠州抽水蓄能电站等。低频传感器技术还出口台湾地区，及东南亚、南美等国家。近三年，在全国百余家企业推广应用，累计预测大中型故障180多起，保证了大型发电设备的安全运行。项目成果经过第三方测试、检验及成果查新和实际应用，其技术指标超过国内外同类产品，达到国际先进水平，推动了大型发电机组低频振动检测及故障诊断的技术进步。近三年产生直接经济效益（总销售额）4.33亿元，利税1.91亿元，经济效益和社会效益显著。申请发明专利32项，授权14项，软件著作权4项，企业标准2项。发表核心期刊论文102篇，SCI/EI收录30余篇，为低频测试领域培养了一批技术人才。