基于灰色关联度多指标评价原理的

基于灰色关联度多指标评价原理的

主变技术供水泵状态评估

胡清彦，郭志成

（雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610051）

[摘  要]某水电站新装机组在投运时间刚满一年的情况下，主变技术供水泵多次出现异音、振动、流量低故障，本文基于灰色关联度多指标评价原理，对主变技术供水泵进行实时健康状态评估，为水电站主变技术供水泵故障判断、设备开展定期工作提供一定的指导。

[关键词]技术供水泵；灰度理论；健康评估

1  概述

某水电站主变技术供水泵为立式单级离心泵，如图1所示，型号150KQL2000-38-30/4，流量190m³/h，扬程38m，功率30kW，连接管径DN150。其水源取自主变技术供水泵尾水管EL.2570.70，水泵安装高程EL.2588.40，用户为机组主变压器，位于高程EL.2608.00，最后再流回到尾水管。水泵生产日期为2020年07月，实际投运日期为2021年08月。

图1 主变技术供水泵

该电站“电力生产系统”记录自2021年8月至2022年9月一年内，主变技术供水泵共发生故障8次，单次故障平均停运时间57小时，且故障主要发生在汛期（每年的6月1日至10月31日），汛期故障累计次数为8次，故障原因主要为泵内异物卡涩。汛期来水量大，机组基本处于满发状态，设备故障严重影响电厂的经济效益。为减少汛期进入主变技术供水泵内的异物，该电站于2022年11月至2022年12月期间，将部分主变技术供水泵进口蝶阀改造为Y型过滤器，对比未改造前的设备，其故障率大幅减小。

2数据提取与整理

该电站检修维护人员在计算机监控系统（IMC）和智能监控系统（IA）上提取了全厂主变技术供水泵的运行参数。其中3号机主变技术供水1号泵和4号机主变技术供水1号泵在检修期间进行过改造处理，其余主变技术供水泵未经改造。因此，本文选取3号机主变技术供水1号泵、4号机主变技术供水1号泵状态参数中四个指标——流量、压力、轴承温度、振动，进行健康状态评估，详见表1。

表13号机1号泵及4号机1号泵设备参数表

3基于灰色关联度多指标评价原理的数据处理

使用灰色关联度多指标评价原理对主变技术供水泵设备参数进行处理，灰色关联度多指标评价原理将等级评价引入灰度模型，通过综合量化值的等级评价能客观评价对象体系，系统中指标数值矩阵随指标参数变化而变化，对象体系的状态评估更显得科学可靠，可用于主变技术供水泵的状态评估中，具体评估方法如下：

考虑多指标特征值序列：，多指标因素集：，特征值序列对指标的指标值记为。一般情况下，指标分“固有性”指标和“稳定性”指标。固有性指标是主变技术供水泵出厂后本身所固有的属性特征值，如叶轮与端盖间隙；稳定性指标是指主变技术供水泵运行过程中用来评估泵状态的相关参数特征值，如振动、压力、流量等。不同指标对应的不同的评价对象，在主变技术供水泵评估中主要采用稳定性指标。在指标参数特征系列中，有的指标越大越好，称为越大越优型指标，有的指标越小越好，称为越小越优型指标，而有些指标在某个点是最好的，称为某点最优型指标。

定义1 （最优特征值）记最优特征值序列对因素指标的属性值为，且满足指标正向化：

若为越大越优型指标，则有：

若为越小越优型指标，则有：

若为某点最优型指标，则有：

其中：为中的最优值。

记特征值序列对指标集的决策矩阵为:

定义2 （数据初值化）指标正向化后，利用决策矩阵列向量中的第一个分量除以该列的所有分量（包括第一个分量），重新得到的矩阵称为矩阵数据的初值化处理。

定义3 （初值化矩阵）记矩阵为多指标评价初值矩阵，其中：

定义4（灰色关联度）记灰色关联度为：

其中：为灰关联度分辨系数，一般取。

定义5 （灰色关联判断矩阵）由式（3）可计算出 个灰关联度系数，其中，。记个灰色关联度系数构成灰色关联判断矩阵，即：

定义6 （指标权数）设是所有个特征系列对第个指标因素的灰色关联度，反映的是第个特征系列对第个实际指标因素值与最优特征值之间的关联程度，故平均值为：

指的是第个指标因素在因素指标集中所占的比重。再对进行归一化处理，即：

记为第个因素指标的指标权数，为个因素指标的权数向量。

定义7 （综合量化值）记第个指标的综合量化值为：

显然,值的大小表明实际特征系列与最优特征系列的接近程度，因此，可以通过值对包含相同指标的不同体系进行科学评价分析。

由表1可知多指标特征序列E={正常运行设备状态，故障及异常设备状态，改造处理设备异常状态}，多指标因素集：F1={#3机泵流量，#3机压力，#3机轴承温度，#3机振动}，F2={#4机泵流量，#4机压力，#4机轴承温度，#4机振动}在所选取的4个状态评估数据中，“泵流量”指标正向化采用最大最优型，“压力”、“轴承温度”、“振动”指标正向化采用最小最优型。

根据定义1~定义7对表1内指标数据进行处理得出3号机主变技术供水1号泵、4号机主变技术供水1号泵三种不同工况下的综合量化值：

    两台主变技术供水泵组不同工况下运行状态参数见表2，综合价值评价排序由高到低为：3号机技术1号供水泵（改造后）>4号机技术1号供水泵（改造后）>3、4号机技术1号供水泵（改造前）>3、4号机技术1号供水泵（故障状态时）。

因改造前主变技术供水泵进口安装蝶阀，无过滤功能，异物随水流进入泵体后会导致其振动增大，泵轴由于受到的不平衡力增大导致轴承温度升高，泵体异物卡涩越严重，泵流量越低，泵前压力上升越高，改造后主变技术供水泵进口安装Y型过滤器会滤除绝大多数异物，泵流量不受影响，不同工况下泵的健康指标排序为：

振动值：改造后<改造前<故障状态时

轴承温度：改造后<改造前<故障状态时

泵流量：故障状态时<改造前≈改造后

泵前压力：改造后≈改造前<故障状态时

由此可验证基于灰色关联度多指标评价原理对主变技术供水泵进行的综合评价与设备实际运行工况相符合。

表2技术供水泵综合量化值

4结论

基于灰色关联度多指标评价原理，可对主变技术供水泵进行实时健康状态评估，为设备故障处理、定期工作及机组检修工作提供一定的指导，有效提升检修维护人员作业的效率，降低主变技术供水泵故障率，保障设备的安全稳定经济运行。

[参 考 文 献]

[1]周剑,雷畅,郑强,魏鹏帅,丁高俊,卞小草.基于灰度理论QFD的水电工程施工管理系统研发[J].长江科学院院报,2019,36(12):151-156+163.

[2]邓长城,程雪利,李辉,王蒙蒙,马晓杰.基于灰色关联度的轴承温度影响因素分析与试验[J/OL].轴承:1-10[2023-03-27].http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1148.TH.20221020.1827.006.html