一種可實時預測自身壽命的智能水電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實時預測自身壽命的智能水電站，包括水電站本體和設置在水電站本體上的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括監(jiān)測模塊、數據處理模塊、安全狀態(tài)評估模塊、預警報警模塊和仿真顯示模塊，其中監(jiān)測模塊包括無線傳感器網絡、應變傳感器組件和位移傳感器，數據處理模塊包括采集中心站、信號調理器和信號傳輸裝置，安全狀態(tài)評估模塊包括微處理器，預警報警模塊包括分析處理器和報警器，仿真顯示模塊包括三維GIS仿真平臺。本發(fā)明實現了對水電站本體健康的實時監(jiān)控，并且能夠根據監(jiān)測數據預測水電站的剩余壽命，精確智能。
【專利說明】
一種可實時預測自身壽命的智能水電站
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及水電站設計領域，具體涉及一種可實時預測自身壽命的智能水電站。
【背景技術】
[0002] 相關技術中的水電站大多數無法根據傳感器監(jiān)測的數據預測其自身的剩余壽命。 這一缺陷導致水電站維護人員需要通過自己的相關經驗判斷傳感器所反饋的數據，降低了 對水電站監(jiān)測的及時性，同時也大大增加了水電站維護人員的工作量。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種可實時預測自身壽命的智能水電站。
[0004] 本發(fā)明的目的采用以下技術方案來實現：
[0005] -種可實時預測自身壽命的智能水電站，包括水電站本體和設置在水電站本體的 智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0006] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0007] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0008] (3)安全狀態(tài)評估模塊，所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理 器，所述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的 平均位移差，由于水電站本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均 位移差與規(guī)定位移差閾值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變 傳感器組件24h的監(jiān)測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余 疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否 處于安全狀態(tài)；
[0009] a、平均位移w⑴的計算公式為：
[0010]
[0011] 其中，取〇. 5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min (i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；
[0012] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0013]
[0014] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險部位的材料溫度膨脹系數， &1，32，-_，311為系數，1'為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0015] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：
[0016] 當 ox(i)2〇b 時，
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，〇b為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線 性的過S
Ta為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號；
[0021] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器； [0022] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0023] d、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0024] e、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0025] f、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為:通過各個模塊的構建連接，實現水電站的動態(tài)健康的全自 動化監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健 康結構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高 了監(jiān)測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平 均位移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高 了應變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的 健康狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果。
【附圖說明】
[0027]利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限 制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得 其它的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明的結構框圖。
【具體實施方式】
[0029] 結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0030] 實施例1:如圖1所示的一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其包括水電站本 體和設置在水電站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0031] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0032] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0033] (3)安全狀態(tài)評估模塊；
[0034] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器； [0035] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0036] a、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0037] b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0038] c、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0039]所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于水電站 本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值 進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器組件24h的監(jiān)測數據 進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲 勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0040] a、平均位移w⑴的計算公式為：
[0041]
[0042]其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(1+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和； [0043] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0044]
[0045] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險部位的材料溫度膨脹系數， &1，32，~，311為系數，1'為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0046] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：
[0047] 時，
[0048]
[0049]
[0050]
[0051 ]其中，Ob為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線 性的過程，
「A為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號。
[0052]在此實施例中，通過各個模塊的構建連接，實現了水電站的動態(tài)健康的全自動化 監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健康結 構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監(jiān) 測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位 移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高了應 變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的健康 狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果;時間階段t = 24h，實現了水電站本體動態(tài)健 康的全自動化監(jiān)測，系統(tǒng)的整體測量精度提高了 15%。
[0053]實施例2:如圖1所示的一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其包括水電站本 體和設置在水電站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0054] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0055] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0056] (3)安全狀態(tài)評估模塊；
[0057] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器； [0058] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0059] a、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0060] b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0061] c、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0062]所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于水電站 本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值 進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器組件24h的監(jiān)測數據 進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲 勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0063] a、平均位移w(i)的計算公式為：
[0064]
[0065]其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(1+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和； [0066] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0067]
[0068] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險部位的材料溫度膨脹系數， &1，32，~，311為系數，1'為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0071]
[0069] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：[0070] ^π.?ι· nI > HuRvf- _
[0072]
[0073]
[0074] 其中，〇b為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線 性的過程
Ta為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號。
[0075] 在此實施例中，通過各個模塊的構建連接，實現了水電站的動態(tài)健康的全自動化 監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健康結 構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監(jiān) 測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位 移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高了應 變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的健康 狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果;時間階段t = 28h，實現了水電站本體動態(tài)健 康的全自動化監(jiān)測，系統(tǒng)的整體測量精度提高了 17%。
[0076] 實施例3:如圖1所示的一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其包括水電站本 體和設置在水電站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0077] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0078] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0079] (3)安全狀態(tài)評估模塊；
[0080] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器； [0081] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0082] a、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0083] b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0084] c、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0085]所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于水電站 本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值 進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器組件24h的監(jiān)測數據 進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲 勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0086] a、平均位移w(i)的計算公式為：
[0087]
[0088]其中，取〇.5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和； [0089] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0090]
[0091]其中，αυ〗，···，αη為各危險部位的材料溫度膨脹系數，ai，a2，···，a n為系數，T為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0092] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：
[0093] i〇x(i)2〇b 時，
[0094:
[0095:
[0096:
[0097]其中，〇b為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電姑本體討栽影晌，閔此是動杰奪化的，§隨著過載使用天數的變化是一個非線 性的過程
Ta為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號。
[0098] 在此實施例中，通過各個模塊的構建連接，實現了水電站的動態(tài)健康的全自動化 監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健康結 構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監(jiān) 測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位 移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高了應 變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的健康 狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果;時間階段t = 32h，實現了水電站本體動態(tài)健 康的全自動化監(jiān)測，系統(tǒng)的整體測量精度提高了 18%。
[0099] 實施例4:如圖1所示的一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其包括水電站本 體和設置在水電站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0100] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0101] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0102] (3)安全狀態(tài)評估模塊；
[0103] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器；
[0104] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0105] a、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0106] b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0107] c、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0108] 所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于水電站 本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值 進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器組件24h的監(jiān)測數據 進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲 勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0109] a、平均位移w⑴的計算公式為：
[0110]
[0111] 其中，取〇. 5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min( i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；
[0112] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0113]
[0114]其中，αυν，αη為各危險部位的材料溫度膨脹系數，ai，a2，···，a n為系數，T為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0115] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：
[0116] 9〇x(i)2〇h 時，
[0117:
[0118:
[0119:
[0120]其中，Ob為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線
性的過程 y Ta為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體又1T1史用大數，dg衣不7久電棒過萩使用天數；當A大于0，判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號。
[0121 ]在此實施例中，通過各個模塊的構建連接，實現了水電站的動態(tài)健康的全自動化 監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健康結 構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監(jiān) 測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位 移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高了應 變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的健康 狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果;時間階段t = 36h，實現了水電站本體動態(tài)健 康的全自動化監(jiān)測，系統(tǒng)的整體測量精度提高了20%。
[0122] 實施例5:如圖1所示的一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其包括水電站本 體和設置在水電站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括：
[0123] (1)監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電 站本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站 本體健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構 的實時感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基 點穩(wěn)定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工 作基點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包 括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應 變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上；
[0124] (2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大 處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
[0125] (3)安全狀態(tài)評估模塊；
[0126] (4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器；
[0127] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平 臺對安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟 為：
[0128] a、利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體 不同構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置；
[0129] b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感 器組件和位移傳感器；
[0130] c、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺的界面上顯示。
[0131]所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于水電站 本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值 進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器組件24h的監(jiān)測數據 進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲 勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0132] a、平均位移w⑴的計算公式為：
[0133]
[0134] 其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；
[0135] b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
[0136]
[0137] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險部位的材料溫度膨脹系數， &1，32，-_，311為系數，1'為選 定時間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。
[0138] c、所述壽命安全評估的判斷公式為：
[0139] 當~(1_)>(^ 時，
[0140]
[0141]
[0142]
[0143] 其中，Ob為結構疲勞極限，σχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數， P1S在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用 中，會受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線 性的過；
為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水 電站本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于 安全狀態(tài)，當A小于或等于0時，輸出報警信號。
[0144] 在此實施例中，通過各個模塊的構建連接，實現了水電站的動態(tài)健康的全自動化 監(jiān)測，便于人員及早發(fā)現問題、解決問題;提出了用無線傳感器網絡進行水電站本體健康結 構監(jiān)測，覆蓋廣，實時性強;提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監(jiān) 測系統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位 移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量;對應變傳感器進行溫度補償，提高了應 變的測量精度，進而提高了系統(tǒng)的整體測量精度;利用GIS仿真平臺模擬水電站本體的健康 狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果;時間階段t = 40h，實現了水電站本體動態(tài)健 康的全自動化監(jiān)測，系統(tǒng)的整體測量精度提高了21 %。
[0145] 最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保 護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應 當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實 質和范圍。
【主權項】
1. 一種可實時預測自身壽命的智能水電站，其特征是，包括水電站本體和設置在水電 站本體的智能監(jiān)測系統(tǒng)，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)包括： (1) 監(jiān)測模塊，包括對水電站本體健康進行監(jiān)測的無線傳感器網絡、用于監(jiān)測水電站本 體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對水電站本體 健康結構進行監(jiān)測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統(tǒng)，對水電站本體健康結構的實 時感知;所述位移傳感器W用于監(jiān)測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基點穩(wěn) 定性的全局基準點為基礎進行Ξ維空間位移監(jiān)測，所述水電站本體的各危險部位、工作基 點和全局基準點通過對水電站本體進行有限元模擬分析確定;所述應變傳感器組件包括參 數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應變傳 感器和溫度補償用應變傳感器串聯(lián)后設置于水電站本體的各個危險部位上； (2) 數據處理模塊，其包括采集中屯、站、對采集中屯、站收集到的數據進行調理放大處理 的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置； (3) 安全狀態(tài)評估模塊，所述安全狀態(tài)評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所 述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位 移差，由于水電站本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差 與規(guī)定位移差闊值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據應變傳感器 組件24h的監(jiān)測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算水電站本體的剩余疲勞壽 命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安 全狀態(tài)； a、 平均位移WW的計算公式為：其中，取0.化為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大值和 極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和； b、 設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：其中，αι，日2，…，an為各危險部位的材料溫度膨脹系數，ai，曰2，…，an為系數，Τ為選定時 間段內平均溫度，To為水電站本體所在地年平均溫度。 C、所述壽命安全評估的判斷公式為： 當〇x(i) >〇b時，其中，Ob為結構疲勞極限，Οχ為各監(jiān)測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數，Pi為 在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環(huán)系數，Tb為結構設計疲勞壽命，在實際應用中，會 受水電站本體過載影響，因此是動態(tài)變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線性的 過程：Τα為初始結構設計疲勞壽命，dz表示水電站 本體總設計使用天數，dg表示水電站本體過載使用天數；當A大于0,判定結構壽命處于安全 狀態(tài)，當A小于或等于加寸，輸出報警信號； (4) 預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據庫， 所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器； (5) 仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的Ξ維GIS仿真平臺，所述Ξ維GIS仿真平臺對 安全狀態(tài)評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬水電站本體的健康狀況，仿真步驟為： a、 利用有限元軟件進行水電站本體的建模后導入GIS平臺，分別構建水電站本體不同 構件的模型，在GIS平臺上調整各水電站本體構件的空間位置； b、 通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示水電站本體各危險部位、應變傳感器組 件和位移傳感器； C、根據安全狀態(tài)模塊評估的結果對不處于安全狀態(tài)的危險部位用規(guī)定的顏色在GIS平 臺的界面上顯示。
【文檔編號】G01B21/02GK105841663SQ201610166004
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】韋醒妃
【申請人】韋醒妃