一种水电站机组延寿运行安全评估的平台及其使用方法

摘要

本发明公开了一种水电站机组延寿运行安全评估的平台。它包括基础模块和项目模块；基础模块包括依据和规则库；项目模块包括现场检查模块、试验检测模块、数值计算模块、综合评估模块和报告管理模块；现场检查模块检查和分析、收集及整理分析电站的资料；试验检测模块进行检测及分析；数值计算模块计算电站机组关键部件的疲劳寿命；综合评估模块根据获得的结果进行分析、评估，形成评估数据；报告管理模块根据现场检查、试验检测和综合评估的数据进行报告生成、形成报告及附件集合输出到计算机的数据库。本发明具有高效、准确、智能化的优点。本发明还公开了水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用方法。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程机电技术领域。更具体地说它是一种水电站机组延寿运行安全评估的平台。本发明还涉及水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用方法。

背景技术

水电站机组延寿运行安全评估工作主要分为两个部分，第一部分是现场检查评估，即由相关专业有经验的专业技术人员组成专家组，通过现场查看设备外观、运行情况、周围环境等，分析各设备和机组的外在运行状况。第二部分是根据设备和机组的试验报告、检测报告、运行报告、技术监督报告以及主要部件刚强度计算报告等，分析机组及其附属设备的实际运行状况，给出机组延长寿命运行的安全评估结论，提出机组延续运行方式、延寿改造和专项检测的建议。综合而言，水电站机组延寿安全评估是现场检查与资料查证分析等之间的相互补充，以达到安全评估的广度和深度。

对项目进行评价的过程中，需要对照规范、标准和指标表一一核对设备及系统的各项指标。对于安全评估者需要掌握大量的相关依据，数据分析量较大，因此评估过程中数据计算、处理分析、资料分析和报告整理等也会花费较多时间。

因此，开发一种智能、高效、准确的水电站机组延寿运行安全评估平台很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了提供一种水电站机组延寿运行安全评估的平台，高效、准确、智能化。

本发明的第二目的是为了提供水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用方法，操作简便，检测精度高。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种水电站机组延寿运行安全评估的平台，其特征在于：包括基础模块和项目模块；

基础模块包括依据和规则库；

项目模块包括现场检查模块、试验检测模块、数值计算模块、综合评估模块和报告管理模块；

其中，现场检查模块对电站机组及部件的外观进行检查和分析、收集及整理分析电站的资料；

试验检测模块对电站机组及部件进行检测及分析；

数值计算模块计算电站机组关键部件的疲劳寿命；

综合评估模块根据基础模块对检查模块、试验检测模块、数值计算模块获得的结果进行分析、评估，形成评估数据；

报告管理模块根据现场检查、试验检测和综合评估的数据进行报告生成、形成报告及附件集合，导出报告供打印或存档。

在上述技术方案中，场检查模块包括外观检查子模块和资料查阅子模块；

其中，外观检查模块指导电站机组及部件的外观检查、以及对外观检查结果进行分析；

资料查阅模块收集电站的相关资料、以及对资料信息进行整理分析。

在上述技术方案中，外观检查模块的检查部件包括水轮机部分和发电机部分；

其中，水轮机部分包括水轮机转轮，水轮机导轴承，水轮机接力器，顶盖、底环和导叶，蜗壳及尾水管进人门，水轮机调速器，水轮机顶盖排水，机组运行工况分布和水轮机磨蚀情况；

发电机部分包括上机架及机座基础紧固螺栓，转子支架，发电机推力支架、下机架，发电机各轴承油槽，发电机制动器，发电机防飞逸保护装置，励磁系统和发电机消防系统。

在上述技术方案中，试验检测模块包括现场监测子模块、部件检测子模块和性能试验子模块；

现场监测子模块通过特定的数据接口读取现场监控系统的数据或现场监测的数据文件；

部件检测子模块根据相应的标准规范生成必须的部件检测清单及相应的要求，并将检测结果进行导入分析；

性能试验子模块根据机组的特性，生成特定的性能试验指导书，并将试验后得出的结果进行导入分析。

在上述技术方案中，试验检测模块的检测对象包括水轮机部分和发电机部分；

其中，水轮机部分试验检测包括水轮机开停机状态性能检测、水轮机能量特性检测、水轮机稳定性试验检测、水轮机关键部件应力检测与分析、水轮机关键部件无损探伤检测与分析；

发电机部分试验检测包括发电机主要参数检测分析、发电机通风试验、发电机温升试验、发电机关键部件应力检测与分析、发电机关键部件无损探伤检测与分析。

在上述技术方案中，数值计算模块通过现场检查模块收集到的电站基础资料、运行、检修资料，并通过水电站机组延寿运行安全评估的平台分析的结果，得出电站机组的关键工况的统计信息、各关键部件的材料及结构，为数值计算提供初始输入条件并进行导出，供数值计算使用，数值计算模块计算得出主要部件的应力和变形数据后，将数据导回到水电站机组延寿运行安全评估的平台中，水电站机组延寿运行安全评估的平台通过在数据库中查找相应材料的特性曲线，并结合数值计算的结果对相应部件进行疲劳寿命计算。

在上述技术方案中，综合评估模块依据选择的标准规范和判定法则及已经进行的现场检查、试验检测、疲劳计算的结果进行分析、并综合评估，最终形成指标-判定/打分的数据，并结合水电机组的实际情况进行延寿运行安全评估，形成评估数据。

在上述技术方案中，报告管理模块根据现场检查、试验检测和综合评估的数据进行报告生成；在生成报告过程中与使用者进行交互，选择需要引入的判断依据、机组资料和评估结果，并最终形成报告及附件集合输出到计算机，供使用者编辑修改、以形成最终的评估报告。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：初始化；

水电站机组延寿运行安全评估的平台初始化，初始化的信息通过数据库进行存取；

步骤二：现场检查；

现场检查模块对电站资料进行收集和整理，得到基础数据和电站数据；水电站机组延寿运行安全评估的平台根据从基础模块的规则库中选定的规则对电站机组的安全状态进行逐条评判，最后生成评判结果一览表；

步骤三：试验检测；

试验检测包括现场监测、部件检测及性能试验；

通过水电站机组延寿运行安全评估的平台按选定的模板生成检测清单及检测需求表，对部件检测的内容和方式进行指导；同时根据检测需求生成性能试验要求及说明文档，供现场性能试验时使用；

现场监测子模块通过特定的数据接口读取现场监控系统的数据或现场监测仪器的数据文件或信息；

当现场监测子模块允许直接连接并采集数据时，部件检测和性能试验的结果直接按格式输入到平台中或通过终端直接采集到平台中，作为后续计算和评估的基础数据；水电站机组延寿运行安全评估的平台集成并提供通讯协议和接口，与现场监测子模块或测试设备进行通讯，直接将数据采集到水电站机组延寿运行安全评估的平台中；

当现场监测子模块不允许直接连接并采集数据时，将部件检测和性能试验结果的数据文件导入水电站机组延寿运行安全评估的平台中，作为后续计算和评估的基础数据；

步骤四：数值计算；

通过水电站机组延寿运行安全评估的平台整理导出水电站机组的关键工况的统计信息、各关键部件的材料及结构，为数值计算提供初始输入条件并进行导出，供数值计算使用，数值计算模拟得出主要部件的应力和变形数据后，将数据导回到水电站机组延寿运行安全评估的平台中，水电站机组延寿运行安全评估的平台通过在数据库中查找相应材料的特性曲线，并结合数值计算的结果对相应部件进行疲劳寿命计算；

步骤五：综合评估；

水电站机组延寿运行安全评估的平台根据步骤一中的外观检查、资料整理数据、步骤二中的现场监测数据、部件检测及性能试验的数据及评判结果，再综合步骤四中的部件疲劳计算的结果，根据实际项目需求选择进行水电站机组的延寿运行的综合评估；

当存在不合格项时，水电站机组延寿运行安全评估的平台给出给出不合格项，同时为水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用者提供交互操作的功能，结合专家意见进行更进一步的评估，进入下一步；

当不存在不合格项时，进入下一步；

步骤六：报告管理

水电站机组延寿运行安全评估的平台根据评估过程生成评估报告及附件。

在上述技术方案中，在步骤四中，部件进行疲劳寿命计算的具体方法，包括如下内容：

通过水电站机组延寿运行安全评估的平台统计出电站的投运以来的开停机规律、具体部件的材料特性，进而通过有限元分析软件通过有限元分析，计算出相应部件在起停机工况及正常运行工况下的应力值；再将应力值输入到水电站机组延寿运行安全评估的平台中，水电站机组延寿运行安全评估的平台根据材料号及材料名从数据库中读取相应材料的许用应力进行比对，判断应力是否超标并记录结果；同时再从数据库中读取相应材料的S-N曲线，并通过插值方法计算出对应工况下材料的疲劳次数寿命，再结合机组的运行工况特性，自动计算出部件的理论疲劳寿命。

在步骤六中，在生成评估报告前，水电站机组延寿运行安全评估的平台根据项目的需求选择需要体现在报告中的数据和附件内容，最终平台系统基于选定的模板和选定输出内容整理输出成完整的报告。

本发明具有如下优点：

(1)本发明高效、准确、智能化；

(2)本发明主要在于集成性的系统平台，关于机组延寿评估的相关功能齐全；本发明在试验前的准备工作、试验中的数据采集工作、试验后的数据处理等过程较快捷；克服了现有技术零散的手工操作完成众多工作，过程繁琐、效率低的缺点；

(3)本发明整个评估的过程依据快速可查可用、试验及评估前工作标准化平台化可用、评估结果及内容集成化易于管理，评估准确；本发明通过一个平台完成机组延寿评估并将结果进行管理，工作效率高、准确、且智能。

附图说明

图1本发明所述平台的结构示意图。

图2基于本发明所述平台的机组延寿运行安全评估流程图。

图3本发明中的准则库示例(局部)图。

图4本发明中的用户选择生成检查表条件示例图。

图5本发明中生成检查表示例-水轮机支持盖检查表。

图6本发明中生成检查表示例-水轮机转轮室检查表。

图7本发明中生成检查表示例-水轮机定子检查表。

图8本发明中生成检查表示例-水轮机上导轴承检查表。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

本发明结合实际评估中的过程，依据标准、规范等依据，先对机组进行现场评估检查(包括实地检查和资料查阅)、试验检测(结构部件检测、性能试验)，再进行综合评估，最后整理资料、编写报告。

参阅附图可知：一种水电站机组延寿运行安全评估的平台，包括基础模块和项目模块；其中，项目模块中所有的信息均为水电站机组项目特有，项目模块具有对每个水电站机组项目进行评估的功能；

基础模块包括依据和规则库；基础模块用来对各种标准和规范及评估需要采用或参考的依据进行统一管理，方便调取查看；对于基础模块中的数型指标，均以数据形式存储到数据库中；对于基础模块中的规则型指标，也同样可以通过本发明所述的平台进行存储、及相应的规范标准全文查询，以进行对照；

项目模块包括现场检查模块、试验检测模块、数值计算模块、综合评估模块和报告管理模块；

其中，现场检查模块主要用来处理现场检查的信息和资料；现场检查模块对电站机组及部件的外观进行检查和分析、收集及整理分析水电站的资料；

试验检测模块对电站机组及部件进行检测及分析；

数值计算模块计算电站机组关键部件的疲劳寿命；其中，关键部件为实现机组功能的关键组件部分，水轮机的关键部件包括：水轮机转轮、水轮机导轴承、接力器、顶盖、底环和导叶、主轴等；发电机的关键部件包括：发电机上机架及机座、发电机转子支架、推力支架等；

综合评估模块根据基础模块对检查模块、试验检测模块、数值计算模块获得的结果进行分析、评估，形成评估数据；

报告管理模块根据现场检查、试验检测和综合评估的数据进行报告生成、形成报告及附件集合，导出报告供打印或存档。

进一步地，场检查模块包括外观检查子模块和资料查阅子模块；

其中，外观检查模块主要用来指导电站机组及部件的外观检查、以及对外观检查结果进行分析；外观检查模块主要用来指导外观检查和对外观检查结果进行分析；其中的外观检查主要是通过对设备的现场检查和查阅相关资料两种方法进行；外观检查模块包括基本的检查项目和检查标准等，并支持用户通过组合不同检查项目和检查标准构建不同的检查表模板，以便生成相应的表格发送到客户端软件或进行打印，以进行现场外观检查时记录检查结果；

资料查阅的内容主要包括设备设施设计制造和安装资料、运行记录、检修维护记录、试验及分析报告、大修报告、设备检修台帐、定期工作记录、运行报表、设备缺陷记录、故障事故记录、技改资料等；

资料查阅模块主要用来收集电站的以上相关资料和对资料信息进行整理分析和管理；用户收集以上资料(即资料查阅模块查阅的资料)后，整理成指定格式，然后导入到本发明所述的平台系统中，本发明所述的平台系统从资料(即资料查阅模块查阅的资料)中提取设计参数、安装信息、运行数据、检修信息、试验数据、缺陷信息、故障数据等，信息类资料按类存放并提取重要信息；数据类信息可将对数据进行数据趋势分析、状态分析等，可及时提取和记录异常数据，全方位了解水电站主要设备各方面数据。

进一步地，本发明所述的平台预置的外观检查模块的主要检查部件包括水轮机部分和发电机部分；

其中，水轮机部分主要包括水轮机转轮，水轮机导轴承，水轮机接力器，顶盖、底环和导叶，蜗壳及尾水管进人门，水轮机调速器，水轮机顶盖排水，机组运行工况分布和水轮机磨蚀情况等；

发电机部分主要包括上机架及机座基础紧固螺栓，转子支架，发电机推力支架(若有)、下机架，发电机各轴承油槽，发电机制动器，发电机防飞逸保护装置，励磁系统和发电机消防系统等；

本发明所述的平台针对不同的部件有不同的检查项目，不同的检查项目有不同的检查要求和判定标准，均记录在数据库中。

进一步地，试验检测模块包括现场监测子模块、部件检测子模块和性能试验子模块；

现场监测子模块可以通过特定的数据接口读取现场监控系统的数据或现场监测的数据文件；其中，特定的数据接口根据不同的电站及设备有不同的接口，如RS232，RS485，以太网等，因此不适合确定为某种接口，与需要读取的设备特有的接口对上即可；

部件检测子模块，可以根据相应的标准规范生成必须的部件检测清单及相应的要求，并将检测结果进行导入分析；其中，相应的标准规范主要是部件检测单，与生产部门的管理管理制度有关，定制的检测清单(包括检测项目及相应的检测要求)；

性能试验子模块，可以根据机组的特性，生成特定的性能试验指导书，并将试验后得出的结果进行导入分析；其中，特定的性能试验指导书包括效率试验、功率试验等；本发明主要为提供带该功能的平台系统，可生成符合正常规范的试验指导书；本发明生成试验指导书后，然后根据指导书去试验，再将试验的结果进行导入分析。

进一步地，试验检测模块的检测对象包括水轮机部分和发电机部分；

其中，水轮机部分试验检测包括水轮机开停机状态性能检测、水轮机能量特性检测、水轮机稳定性试验检测、水轮机关键部件应力检测与分析、水轮机关键部件无损探伤检测与分析等分项；

发电机部分试验检测包括发电机主要参数检测分析、发电机通风试验、发电机温升试验、发电机关键部件应力检测与分析、发电机关键部件无损探伤检测与分析等分项。

进一步地，数值计算模块主要通过现场检查模块收集到的电站基础资料、运行、检修等各方面资料，并通过本发明所述的平台分析的结果，得出电站机组的开停机记录等关键工况的统计信息、各关键部件的材料及结构等，为数值计算(如有限元计算等)提供较为准确的初始输入条件并进行导出，供数值计算使用，数值计算模块计算得出主要部件的应力和变形数据后，将数据导回到本发明所述的平台中，本发明所述的平台通过在数据库中查找相应材料的特性曲线，并结合数值计算的结果对相应部件进行疲劳寿命计算；其中，数值计算模块的计算方法以及疲劳寿命计算方法均为现有技术。

更进一步地，综合评估模块，可依据选择的标准规范和判定法则及已经进行的现场检查、试验检测、疲劳计算等的结果进行分析、并综合评估，最终形成指标-判定/打分的数据，并结合水电机组的实际情况，如机组寿命、已运行时间、是否进行过改造等信息进行延寿运行安全评估，形成评估数据。

更进一步地，报告管理模块根据以上现场检查、试验检测和综合评估的数据进行报告生成；在生成报告过程中可与使用者进行交互，选择需要引入的判断依据、机组资料和评估结果等，并最终形成报告及附件集合输出到计算机，供使用者编辑修改、以形成最终的评估报告。

参阅附图2可知：水电站机组延寿运行安全评估的平台的使用方法，包括如下步骤，

步骤一：初始化；

本发明所述的平台系统初始化，初始化的信息通过数据库进行存取；即本发明所述平台的初始化主要为标准、规范和判定法则库的导入，作为基础资料；标准、规范主要为国家、行业及企业的标准规范集合，标准、标范中涉及判别的条目将以判定法则的形式存入数据库，同时根据需要，用户可根据需要添加特定的法则库；判定法则分为数值型和描述型2种；准则示例(局部)如图3所示；

系统初始化后，便可进行一系列的评估活动；现场检查前，可首先根据项目的特点和选定的模板生成外观检查表及打分表等，并可打印出来进行现场检查；或者手持客户终端到现场进行检查，可方便将检查的结果输入到平台系统中；可根据模板生成现场检查中的各种资料清单、检查表和打分表等；通过自动或人工选择的方式，可对需要检查的项目按部位生成特定的检查表及打分表；如当用户选择如图4的条目，本发明所述的平台将自动根据选择，按设备及部件部位生成以下4张检查表：水轮机支持盖检查表、水轮机转轮室检查表、水轮机定子检查表和水轮机上导轴承检查表(如图5-图8所示)。

同时，本发明所述的平台还提供报告模板库，以便针对不同类型的电站生成不同类型的评估报告等。

步骤二：现场检查；

现场检查模块对电站资料进行收集和整理，如机组的检修履历、历史运行数据，需要手动输入，如果格式兼容，也可以采用数据导入的形式；进而，有了基础数据和电站数据后，本发明所述的平台系统便可根据从基础模块的规则库中选定的规则对电站机组的安全状态进行逐条评判，最后生成评判结果一览表；

步骤三：试验检测；

试验检测包括现场监测、部件检测及性能试验；

通过本发明所述的平台系统按选定的模板生成检测清单及检测需求表，对部件检测的内容和方式进行指导；同时根据检测需求可生成性能试验要求及说明等文档，供现场性能试验时使用；

现场监测子模块通过特定的数据接口读取现场监控系统的数据或现场监测仪器的数据文件或信息；其中，现场监控系统即水电站的监控系统或中控系统，因为电站平时即对各设备和系统进行监控，有数据，可通过相应的数据接口进行读取；

当现场监测子模块允许直接连接并采集数据时，部件检测和性能试验的结果可以直接按格式输入到本发明所述的平台中或通过终端直接采集到本发明所述的平台中，作为后续计算和评估的基础数据；本发明所述的平台集成并提供常用的通讯协议和接口，可与现场监测子模块或测试设备进行通讯，便于直接将数据采集到本发明所述的平台中；其中，部件检测和性能试验均为现有技术；

当现场监测子模块不允许直接连接并采集数据时，也可将部件检测和性能试验结果的等数据文件导入本发明所述的平台中，作为后续计算和评估的基础数据；

步骤四：数值计算；

本发明所述的平台可对机组主要部件进行疲劳寿命计算，计算方法为：

通过本发明所述的平台系统整理导出水电站机组的开停机记录等关键工况的统计信息、各关键部件的材料及结构等，为数值计算(如有限元计算等)提供较为准确的初始输入条件并进行导出，供数值计算使用，数值计算模拟得出主要部件的应力和变形数据后，将数据导回到本发明所述的平台中，本发明所述的平台通过在数据库中查找相应材料的特性曲线，并结合数值计算的结果对相应部件进行疲劳寿命计算；

步骤五：综合评估；

步骤一中的外观检查、资料整理数据，及步骤二中的现场监测数据、部件检测及性能试验的数据及评判结果录入或导入本发明所述的平台后，按基础模块中的规则生成评定结果一览表；

本发明所述的平台系统根据评定结果一览表，再综合步骤四中的主要部件疲劳计算的结果及专家交互(疲劳计算的过程及结论均为通过特定的计算算法及过程而得出的结果，并不能完全正确，此时需要专家介入提供一定的交互操作，最终得出结论)，根据实际项目需求选择进行水电站机组的延寿运行的综合评估；

当存在不合格项时，本发明所述的平台给出给出不合格项，同时为本发明所述的平台的使用者提供交互操作的功能，以便结合专家意见进行更进一步的评估，进入下一步；

当不存在不合格项时，进入下一步；

步骤六：报告管理

本发明所述的平台根据评估过程完成后，便可生成评估报告及附件。

更进一步地，在步骤四中，部件进行疲劳寿命计算的具体方法，包括如下内容：

通过本发明所述的平台统计出电站的投运以来的开停机规律、具体部件的材料特性，进而通过有限元分析软件(如ANSYS)通过有限元分析，计算出相应部件在起停机工况及正常运行工况下的应力值；再将该应力值输入到本发明所述的平台中，本发明所述的平台可根据材料号及材料名从数据库中读取相应材料的许用应力进行比对，判断应力是否超标并记录结果(此处仅作判断及记录并用于最终的寿命评估；此处应力是通过有限元分析计算出来，不是实际真的超标，主要功能在于判断)；同时再从数据库中读取相应材料的S-N曲线，并通过插值方法计算出对应工况下材料的疲劳次数寿命，再结合机组的运行工况特性，自动计算出部件的理论疲劳寿命(其中，自动计算出部件的理论疲劳寿命的方法是为现有技术)。

在步骤六中，在生成评估报告前，本发明所述的平台可根据项目的需求选择需要体现在报告中的数据和附件等内容，最终平台系统将基于选定的模板和选定输出内容整理输出成完整的报告。

为了能够更加清楚的说明本发明所述的水电站机组延寿运行安全评估的平台及其使用方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：

由上表可知，本发明所述的水电站机组延寿运行安全评估的平台及其使用方法与现有技术相比，效率高、评估准确。

其它未说明的部分均属于现有技术。