本发明涉及水电站水轮机调速器控制系统技术领域，特别是涉及一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法。
背景技术：
水电是一种清洁能源，可再生、无污染、成本低、综合经济效益良好，在我国能源发展史中占有极其重要的地位。水轮机调速器是水力发电过程中一种非常重要的辅助控制设备，它的运行品质好坏直接决定着机组安全和稳定运行。接力器是控制水轮机转速的核心元件之一，对于接力器位置的测量一般选用磁致伸缩位移传感器或拉线位移传感器。目前，主要依据位移传感器的输出信号范围对其进行故障检测，当位移传感器输出信号超过规定范围时，就会判定该位移传感器发生故障，但是这种故障检测方法只能检测出传感器断线等内部线路故障，并不能检测出由于位移传感器滑块连接杆断裂或拉线断裂所引起的位移传感器反馈故障，因为以上情况发生时位移传感器输出信号是在正常范围内。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提出了一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，能有效解决在接力器位移传感器滑块连接杆断裂或拉线断裂但输出信号正常的情况下，无法检测出位移传感器故障的问题，并有效防止了对其他故障类型的误判。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：采用位移传感器一和位移传感器二相互冗余的方式对位移传感器进行故障检测，所述故障检测具体包括以下步骤：
a.使用位移传感器一测得接力器实际位置pos1，使用位移传感器二测得接力器实际位置pos2；
b.计算主阀位置给定mdv_ref；
c.对接力器实际位置pos1和pos2分别进行微分，得到接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2；
d.对接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2进行微分，得到接力器位移变化加速度pos_acc1和pos_acc2；
e.对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断，判断方法具体如下：
e1.若位移传感器一主用，且(pos_rate1>vlim&mdv_ref<-ylim)||(pos_rate1＜-vlim&mdv_ref＞ylim)，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，以上状态维持ton后，判断位移传感器一发生故障；
e2.若|pos_rate1|＜vmin，且|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，并同时检测到pos_acc2<alim，以上状态维持ton后，判断位移传感器一发生故障；
e3.若位移传感器二主用，且(pos_rate2>vlim&mdv_ref<-ylim)||(pos_rate2＜-vlim&mdv_ref＞ylim)，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，以上状态维持ton后，判断位移传感器二发生故障；
e4.若|pos_rate2|＜vmin，且|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，并同时检测到pos_acc1<alim，以上状态维持ton后，判断位移传感器二发生故障；
其中，vlim为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化速率限制值，ylim为预设的主阀位置给定值，vdiff为预设的位移传感器一和位移传感器二的位移变化速率差值的阈值，vmin为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化速率最小值，alim为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化加速度限制值。
所述步骤e中，当检测到位移变化加速度pos_acc2或pos_acc1由高于alim变为低于alim时，将延迟tof后再发生改变，所述tof为预设的下降延时时间。
所述vlim的范围为[1％/s～5％/s]；ylim的范围为[5％～10％]；vdiff的范围为[2％/s～3％/s]；vmin的范围为[0.5％/s～1％/s]；alim的范围为[20％/s2～25％/s2]；ton的值为0.5s；tof的值为5s。
所述vlim＝5％/s，ylim＝5％，vdiff＝2％/s，vmin＝0.5％/s，alim＝20％/s2。
当判断出位移传感器一或位移传感器二发生故障时，发出对应的故障警报。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、采用位移传感器一和位移传感器二相互冗余的方式对位移传感器进行故障检测，使得两个位移传感器之间可以互为参考，提高故障检测的准确性；同时两个位移传感器相互冗余，当一个主用的位移传感器故障时，调速系统能够及时切换至另一备用的位移传感器。
本申请通过测量和计算双位移传感器的位移变化速率、位移变化速率差、位移变化加速度以及其它相关变量的值，进行相应的逻辑判断，从而得到接力器冗余位移传感器的故障情况。在输出信号正常的情况下，本方法不仅可以用于检测磁致伸缩位移传感器滑块连接杆断裂所引起的接力器位移传感器故障，还可以用于检测拉线位移传感器拉线断裂所引起的位移传感器故障。
2、通过将位移变化速率差引入故障判断，可以防止当切换阀阻塞时对位移传感器故障的误判。将位移变化加速度引入故障判断，防止了在使用拉线位移传感器时，拉线断裂瞬间所产生的瞬时加速度对位移传感器故障的误判。位移传感器的位移变化加速度由高于alim变为低于alim时将会延迟tof后再发生变化，防止了当pos_acc1＞alim和pos_acc2＞alim时的间隔时间太短而导致的误判。在高效检测出冗余位移传感器故障的同时，有效防止了对其他故障类型的误判，极大地提高了水轮机调速器控制系统的可靠性，确保了水轮发电机组的安全稳定运行。
3、tof取5秒，ton取0.5秒，利用最合理的时间值，避免出现误判，保证故障检测的准确性，并且可以避免传感器的错误切换。
4、当判断发生故障，会发生相应的警报，起提醒作用，且提醒更加醒目及时。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明中位移传感器一故障的判断逻辑图(其中，sensor_act1表示位移传感器一主用，sensor_flt1表示位移传感器一故障)；
图2为本发明中位移传感器二故障的判断逻辑(其中，sensor_act2表示位移传感器二主用；sensor_flt2表示位移传感器二故障)；
图3为本发明中防止位移传感器一拉线断裂瞬间产生误判的延时时序；
图4为本发明中防止位移传感器二拉线断裂瞬间产生误判的延时时序；
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，参照说明书附图1，本发明包括一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，采用位移传感器一和位移传感器二相互冗余的方式对接力器位移传感器进行故障检测，所述故障检测具体包括以下步骤：
a.使用位移传感器一测得接力器实际位置pos1，使用位移传感器二测得接力器实际位置pos2；
b.测得主阀位置给定mdv_ref；
c.在程序循环周期内，对接力器实际位置pos1和pos2分别进行微分，得到接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2；
d.对接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2进行微分，得到接力器位移变化加速度pos_acc1和pos_acc2；
e.对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断，当磁致伸缩位移传感器滑块连接杆断裂时，若此时位移传感器一主用，当实时测得pos_rate1>vlim&mdv_ref<-ylim，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，以上状态维持ton后，判断位移传感器一发生故障。所述vlim、ylim、vdiff和ton为各阈值常数，vlim为位移传感器一的位移变化速率限制值，单位％/s，可以取5％/s；ylim为预设的主阀位置给定值，单位％，可以取5％；vdiff为预设的位移传感器一和位移传感器二的位移变化速率差值的阈值，单位％/s，可以取2％/s；ton为持续时常，可以取0.5秒。
若测得|pos_rate1|＜vmin，且|pos_rate1-pos_rate2|>2％/s，并同时检测到pos_acc2<alim，以上状态维持0.5后，判断位移传感器一发生故障。所述vmin和alim为各阈值常数，vmin为预设的位移传感器一的位移变化速率最小值，可以取0.5％/s，alim为预设位移传感器二的位移变化加速度限制值，可以取20％/s2。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，参照说明书附图2，本发明包括一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，与实施例1相比，其检测方法的步骤与实施例1中的步骤a、b、c和d相同，不同的在于步骤e：
对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断，当磁致伸缩位移传感器滑块连接杆断裂时，若此时位移传感器二主用，当实时测得pos_rate2＜-1％/s&mdv_ref＞10％，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>3％/s，以上状态维持0.3s后，判断位移传感器二发生故障。
若测得|pos_rate2|＜1％/s，且|pos_rate1-pos_rate2|>3％/s，并同时检测到pos_acc1<25％/s2，以上状态维持0.3s后，判断位移传感器二发生故障。
实施例3
作为本发明最佳实施方式，参照说明书附图1、说明书附图2、说明书附图3和说明书附图4，本发明包括一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，所述检测方法利用双传感器即位移传感器一和位移传感器二，采用双传感器相互冗余的方式对接力器位移传感器进行故障检测,能够在位移传感器滑块连接杆断裂或拉线断裂但输出信号正常的情况下，高效检测出位移传感器故障，并有效防止了对其他故障类型的误判；所述检测方法包括以下步骤：
a.使用位移传感器一测得接力器实际位置pos1，使用位移传感器二测得接力器实际位置pos2；
b.测得主阀位置给定mdv_ref，主阀位置给定为调节输出与接力器位移反馈的差值；预设故障检测程序的调用时间间隔为tc；
c.对接力器实际位置pos1和pos2分别进行微分，得到接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2；
d.对接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2进行微分，得到接力器位移变化加速度pos_acc1和pos_acc2；
e.对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断。
若在|pos_rate1|＜0.5％/s时位移传感器二拉线突然断裂，由于拉线断裂瞬间会产生瞬时的加速度，此时会测得|pos_rate1-pos_rate2|>2％/s；为了防止误判为位移传感器一故障，引入了传感器位移变化加速度进行判断，实时测得pos_acc2>20％/s2并维持tof时长，其中tof可以为5s，所以并不会发出位移传感器一故障；当位移传感器二稳定且接力器开始运动时，依据检测结果，即|pos_rate2|＜0.5％/s&|pos_rate1-pos_rate2|>2％/s&pos_acc1<20％/s2，且以上状态维持0.5秒后，判断位移传感器二故障，发出位移传感器二故障报警。
实施例4
作为本发明另一较佳实施方式，参照说明书附图1、说明书附图2、说明书附图3和说明书附图4，本发明包括一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，与实施例3相比，其检测方法的步骤与实施例3中的步骤a、b、c和d相同，不同的在于步骤e：
对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断，若在|pos_rate2|＜0.8％/s时位移传感器一拉线突然断裂，由于拉线断裂瞬间会产生瞬时的加速度，此时会测得|pos_rate1-pos_rate2|>2.2％/s；为了防止误判为位移传感器二故障，引入了传感器位移变化加速度进行判断，实时测得pos_acc1>23％/s2并维持tof时长，其中tof可以为5s，所以并不会发出位移传感器二故障；当位移传感器一稳定且接力器开始运动时，依据检测结果，即|pos_rate1|＜0.8％/s&|pos_rate1-pos_rate2|>2.2％/s&pos_acc2<23％/s2，且以上状态维持0.5秒后，判断位移传感器一故障，发出位移传感器一故障报警。
在该程序中，实时测得pos_acc1>23％/s2并维持tof时长，即当检测到位移变化加速度pos_acc1由高于23％/s2变为低于23％/s2时，将延迟tof后再发生改变，所述tof为预设的下降延时时间，即维持高电平的时间。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
1.一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：采用位移传感器一和位移传感器二相互冗余的方式对位移传感器进行故障检测，所述故障检测具体包括以下步骤：
a.使用位移传感器一测得接力器实际位置pos1，使用位移传感器二测得接力器实际位置pos2；
b.计算主阀位置给定mdv_ref；
c.对接力器实际位置pos1和pos2分别进行微分，得到接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2；
d.对接力器位移变化速率pos_rate1和pos_rate2进行微分，得到接力器位移变化加速度pos_acc1和pos_acc2；
e.对位移传感器一和位移传感器二进行故障判断，判断方法具体如下：
e1.若位移传感器一主用，且(pos_rate1>vlim&mdv_ref<-ylim)||(pos_rate1＜-vlim&mdv_ref＞ylim)，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，以上状态维持ton后，判断位移传感器一发生故障；
e2.若|pos_rate1|＜vmin，且|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，并同时检测到pos_acc2<alim，以上状态维持ton后，判断位移传感器一发生故障；
e3.若位移传感器二主用，且(pos_rate2>vlim&mdv_ref<-ylim)||(pos_rate2＜-vlim&mdv_ref＞ylim)，并同时检测到|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，以上状态维持ton后，判断位移传感器二发生故障；
e4.若|pos_rate2|＜vmin，且|pos_rate1-pos_rate2|>vdiff，并同时检测到pos_acc1<alim，以上状态维持ton后，判断位移传感器二发生故障；
其中，vlim为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化速率限制值，ylim为预设的主阀位置给定值，vdiff为预设的位移传感器一和位移传感器二的位移变化速率差值的阈值，vmin为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化速率最小值，alim为预设的位移传感器一或位移传感器二的位移变化加速度限制值。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：所述步骤e中，当检测到位移变化加速度pos_acc2或pos_acc1由高于alim变为低于alim时，将延迟tof后再发生改变，所述tof为预设的下降延时时间。
3.根据权利要求1或2所述的一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：所述vlim的范围为[1％/s～5％/s]；ylim的范围为[5％～10％]；vdiff的范围为[2％/s～3％/s]；vmin的范围为[0.5％/s～1％/s]；alim的范围为[20％/s2～25％/s2]；ton的值为0.5s；tof的值为5s。
4.根据权利要求3所述一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：所述vlim＝5％/s，ylim＝5％，vdiff＝2％/s，vmin＝0.5％/s，alim＝20％/s2。
5.根据权利要求4所述的一种水轮机调速器接力器双传感器冗余的故障检测方法，其特征在于：当判断出位移传感器一或位移传感器二发生故障时，发出对应的故障警报。
技术总结