电站给水泵运行状态之可拓物元评价方法.pdf

第 5 3卷 第 6期 2 0 1 1 年 1 2月 汽轮机技术 TURBI NE TECHNOL0GY V0 l _ 5 3 No 6 De c 2 0 1 1 电站给水泵运行状态之可拓物元评价方法 王 波 ， 杨建蒙 ， 冯 雪 ， 张静涛 ， 钟 磊 ( 1华北电力大学， 保定 0 7 1 0 0 3 ； 2华能汕头电厂 ， 汕头 5 1 5 0 7 1 ) 摘要 ： 考虑到给水泵对于电站安全经济运行的重要程度和其本身高故障率的特征， 提出基于物元概念和可拓集合 理论的可拓物元评价方法。在建立评价等级指标和评价模型的基础上， 通过计算给水泵运行状态参数和各种评价 等级之间的可拓关联度 ， 由关联度的大小判断给水泵的运行状态。最后通过实例表明， 此方法用于评价给水泵运 行状态的有效性、 准确性及工程实用性。 关键词： 给水泵； 状态评价 ； 可拓理论； 物元 分类号： T K 2 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 4 5 2 - 0 3 An E x t e n s i v e Ma t t e r e l e me n t Ev a l u a t i o n Me t h o d o n R u n n i n g S t a t e o f t h e P o we r P l a n t F e e d wa t e r P u mp WA N G B o ， Y A N G J i a n me n g ， F E N G X u e ， Z HA N G J i n g t a 0 ， Z H O N G L e i ( 1 N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ， B a o d i n g 0 7 1 0 0 3 ， C h i n a ； 2 H u a n e n g S h a n t 0 u P o w e r S t a t i o n ， S h a n t o u 5 1 5 0 7 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co n s i d e r i n g t h e i mp o r t a n c e o f f e e d wa t e r p u mp t o s a f e a n d e c o n o my r u n n i n g o f p o w e r p l a n t a n d t h e o w n c h a r a c t e r i s t i c o f h i g h f a i l u r e r a t e ， a n e x t e n s i v e ma t t e r e l e me n t e v a l u a t i o n me t h o d i s p r o p o s e d b a s e d o n t h e ma t t e r e l e me n t c o n c e p t a n d t h e e x t e n s i v e s e t t h e o r y O n t h e b a s i s o f b u i l d i n g e v a l u a t i o n l e v e l i n d i c a t o r s a n d e v a l u a t i o n mo d e l ， b y c alc u l a t i n g e x t e n s i v e c o r r e l a t i o n d e g r e e b e t we e n t h e s t a t e p a r a me t e r s a n d e v a l u a t i o n r a n k o f f e e d wa t e r p u mp， d e c i d i n g t h e run n i n g c o n d i t i o n o f f e e d w a t e r a c c o r d i n g t o c o r r e l a t i o n d e g r e e F i n a l l y t h e e f f e c t i v e n e s s ， a c c u r a t e n e s s a n d p r a c t i c a b i l i t y o f t h e me t h o d u s i n g i n e v alu a t i n g t h e f e e d w a t e r p u mp r u n n i n g s t a t e h a v e b e e n p r o v e d t h r o u g h a n e x a mp l e Ke y wo r d s ： f e e d - wa t e r p u m p；c o n d i t i o n e v a l u a t i o n；e x t e n s i o n t h e o r y；m a t t e r - e l e me n t 0 前言 给水泵是大型火电及核电站汽轮机组重要辅机之一， 其 运行状态的好坏直接关系到整个机组的安全经济运行。其 本身作为电站热机部分低压系统与高压系统的分界点， 运行 中必须有相应的润滑、 冷却与密封等子系统。由于给水泵工 作环境的特殊性以及设备的复杂性， 其故障率很高。所以很 有必要对其运行状况进行评价， 确定其健康水平， 评估其运 行风险， 为维修决策提供相应的依据。文献 1 中应用灰色 理论， 通过计算灰色关联度的方法对某 3 0 0 MW机组给水泵 的几个运行状态做 了定量评价。然而这种方法需要对设备 运行参数无量纲化处理， 计算量大而且由于建立无量纲化模 型具有一定的主观性， 这样很可能会使评价结果与实际运行 状况偏离。存在着主客观相互矛盾的问题 ， 为了克服这一缺 陷和使评价更具客观性， 提出以可拓物元模型来评判给水泵 的运行状态 。 可拓学相关理论是我国学者蔡文等人为解决主客观矛 盾问题于 1 9 8 3年所创立的， 以物元理论和可拓集合理论为 支柱 ， 能够同时研究“ 量” 和“ 质” 两者对所描述问题的影响 程度 ， 丛面完整地丛 系统挂征， 可拓物元评价方法常用于 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 2 1 6 处理多参数 、 混合度大的矛盾问题 ， 已广泛应用于很多领 域 ， 。本文提出了给水泵运行状态的可拓物元评价方法， 建立了给水泵运行状态等级的物元模型， 通过计算给水泵运 行状态各等级之间的可拓关联度， 进而评价其运行状态。 1 数学背景简介 1 1 物元 在可拓理论中， 物元包含了3个最基本的要素。设事物 R的名称为 ， 特征为 c ， 关于特征 C的量值为 ， 则描述事 物 的基本元或物元为 R=( N， C， V ) 。 假设事物 R：( N， C ， V ) 是一个具有多维 的物元， C： c ， C ， ， c 为特征向量， 其对应的量值为数值矩阵 V： ， ， ， ， 则物元的表达式为： R =( N， C ， V )= Rl 2 ： R N。 1 C 2 ： C 1 2 可拓集合及初等关联函数 设论域 U中的任一元素 u ， 对应一实数 K( U )(一。 。 ， + ) ， 则 A= ( u ， Y )l H E U ， Y= K( H )(一。 。 ， + ) 为 作者简介： 王波( 1 9 8 4 ) ， 男， 内蒙古集宁人， 硕士研究生， 研究方向为电站设备状态评价及故障诊断。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 王波等 ： 电站给水泵运行状态之可拓物元评价方法 4 5 3 论域 的一个可拓集合。其 中 Y=K ( “ ) 为A的关联函数， K ( 1 1, ) 为 关于可拓集合 A的关联度。设 为(一 ， +。 o) 上的任意一点， 区间X o =和X=( 符号 只表示区间端点而不论开、 闭性质) 为实域上任一区间， X o 且 无 公 共 端 点 ， 则 初 等 关 联 函 数 为 ： ( ) ： 毒 ， 其中， p ( ， X o ) 为点 与区间 的距； D( ， ， ) 为点 关 于区间 ， 的位值 。 = 半 l- 字 。 c ， ， ， = P ( ix o1 X p ， ， 。 ) L J ( 2 ) 关联函数可以计算点 与 的关联程度， k ( )0表示点 属于 的程度； ( ) 0表示点 不属于 的程度 ； 一1 k ( ) ( 3 5 ， 3 8 ) ( 5 5 ， 6 0 ) ( 0 2 ， 0 2 4 ) ( 1 5 ， 3 0 ) 6 2 ， 6 5 ) ( 3 8 ， 4 0 ) 6 5 ， 6 7 ) ( 3 5 ， 4 6 ( 5 5 ， 7 5 ) ( 0 1 ， 0 2 4 f P p ( v ) ( ， )一 ， ) A p A p A p 惦 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 5 4 汽轮机技术 第 5 3卷 ， 1 ， 2 ，3 ，4 ； ： 1 ， 2 ， ， 5 ； 待 评 价 给水 泵 各 状态 的关联度： 5 A = ，i =1 ，2 ，3 ， 4 ( 4 ) 为表 1中所列各评价指标的权重， 考虑所列出的5项评价 指标对于给水泵安全和经济运行的重要程度并结合文献 1 的有关研究， 现给出权重向量为： ， ， ， = 0 3 5 ， 0 2 5 ， 0 1 ， 0 1 ， 0 2 。 为了使各状态指标的关联度均处于一1 ， 1 之间， 以利 于状态评价， 需要按下式做归一化处理 ： ： ， ： 1 ， 2 ， 3 ， 4A i ( 5 ) = 一， = l ， z ， j ， 3 tma x ml n 其中， A m “=m a xA 1 4 )； A 1 )。 。 l 4 3 4 评价原则 给水泵运行状态的优劣， 可根据最大化原则利用下式判 断 ： I F ( A = 1 )T HE N ( S o=S ) ( 6 ) 若 A =1 ， 则判断运行状态等级为 S ， 其它状态等级的 可能性可依据其关联度的相对值大小决定 ， 关联度相对值越 大， 则意味着接近该状态可能性越大。 4 应用实例分析 在文献 1 中给出了某亚临界 3 0 0 MW机组给水泵运行 的4组数据， 选用其中 2组作为评价对象， 为了验证可拓物 元建模方法的有效性和准确性， 特意选取其中一组为额定参 数， 一组为运行中监测到的非额定参数。可以设想给水泵若 是在额定参数下运行 ， 那么在模型准确的情况下得出的评价 结果应该是 “ 优秀” 或“良好 ” 。这两组数据分别为： V o = 2 0， 6 5 ， 4 0 ， 6 5 ， 0 1 8 ； V o 2 = 5 2 ， 6 8 ， 4 0 ， 6 5 ， 0 2 2 ， 其中 】 为 给水泵额定运行数据。它们对应的现状物元 分别为： Ro 1 l A 2 0 r 2 A 5 2 ， 65 40 65 P 0 t 8 ， R0 2 6 8 4 0 6 5 P 0 22 按式( 3 ) 、 式( 4 ) 结合前面给出的评价指标权重， 计算关联函 数值及关联度， 最后根据式 ( 5 ) 计算相对关联度， 可得结果： 对于数据 y 0 ， A =一 0 4 4 9 ， l ， 一 0 4 1 1 ， 一1 ， 此向量中的 4个数值分别对应“ 优秀” 、 “良好” 、 “ 合格” 和“ 故障”， 根据 式( 6 ) 最大化原则可判断给水泵运行状态 S 。 。 =S ： =“ 良好” 。 热力设备在额定参数下运行对应“ 良好” 工作状态， 这是符合 客观事实的。对于 r o 2 ， A =一 0 9 7 2 ， 一 0 5 4 7 ， 0 2 3 1 ， 1 。 根据最大化原则确定给水泵运行状态 S =S =“ 故障” ， 与 文献 1 中采用灰色数学模型进行给水泵状态评价得到的结 果是一致的。通过以上两组数据实例分析， 充分验证了可拓 物元模型评价给水泵运行状态或进行故障识别的有效性、 准 确性以及工程应用价值。 5 结论 ( 1 ) 以物元模型为基础的给水泵运行状态综合评价模型 和可拓评价方法可以有效地处理给水泵运行状态参数的多 样化特征， 能够定量评价给水泵的运行状态和进行故 障识 别。 ( 2 ) 所建立的可拓物元模型不需要大量的状态评价样 本， 评价结果直观； 该模型算法简单 ， 计算时间短， 是一种高 效的电站设备状态评价方法。 ( 3 ) 可拓物元方法应用于电站热力设备及系统的状态评 价、 故障诊断及维修决策等方面具有可行性、 准确性， 其工程 应用价值较高。 参 考 文 献 1 李建兰 ， 黄树红用于 电站辅机运行状态评价 的灰色模型 J 动力工程 ， 2 0 0 7， 2 7 ( 6 )： 9 1 5 9 1 7 2 蔡文 物元模 型及 其应用 M 北京 ： 科学技术 文献 出版 社 1 9 9 4 3 蔡文， 杨春燕， 林伟初 可拓工程方法 M 北京： 科学出版 社 ， 1 9 9 7 4 李元戎 ， 李伟 ， 杨照芬基 于多级物元分析 的火 电厂 安全性 评价 J 中国电力教育 ， 2 0 0 6 ， 研究综述与技术论坛专刊 ： l 1 4 1 1 7 5 黄文涛， 赵学增 ， 王伟杰 ， 等基于物元模 型的电力 变压器故障 的可拓诊断方法 J 电力系统 自动化 ， 2 0 0 4， 2 8 ( 1 3 ) ： 4 54 9 ( 上接第4 4 6页) 象突发， 转子系统振动幅值急剧增大至震荡发生前的 1 0倍 左右 ， 直接导致事故； ( 2 ) 油膜振荡发生后， 立刻停机， 转速下降， 但圆柱瓦滑 动轴承 一 转子系统振动并未随之立刻降低， 而是保持极大振 动幅值 ， 且频率保持在圆柱瓦滑动轴承 一转子系统一阶临界 转速对应频率。直到转速下降到一定程度。油膜振荡突跳 为油膜涡动， 之后随着转速下降涡动现象消失， 转子系统回 归稳定状态； ( 3 ) 适当增大转子不平衡量 、 减小轴承长径比、 降低润滑 油黏度、 减小轴承间隙会提高转子 一轴承系统稳定性。 参 考 文 献 1 王延博， 张学延， 寇胜利汽轮发电机组轴系 一 支撑系统油膜 失稳 问题探讨 J 汽轮机技术 ， 1 9 9 9， 4 1 ( 3 ) ：1 4 61 4 9 2 李银山， 孙雨明， 等不平衡弹性转子系统非线性油膜失稳分 析 J 太原理工大学学报， 2 0 0 1 ， 3 2 ( 6 ) ： 5 5 9 5 6 6 3 黄文虎， 夏松波， 等旋转机械非线性动力学设计基础理论与 方法 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 6 4 应光耀， 童小忠， 吴文健 9 F燃气机组油膜涡动和油膜振荡的 诊断及处理 J 浙江 电力 ， 2 0 0 6 ， 1 ：1 01 3 5 马辉， 孟磊， 等时频分析在油膜失稳与局部碰磨耦合故 障 中的应用 J 机械强度 ， 2 0 0 7， 2 9 ( 5) ： 6 9 9 7 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m