CN113568397A - 一种汽轮机监测仪表自检测***及自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机监测仪表自建***及自检方法，该***通过自检数据库服务器从电厂实时数据库中读取监测仪表实施数据并结合自检数据库服务器内存储的各监测仪表数值合理范围和各检测仪表数据间相关性及持续性数据集，通过计算机服务器计算，从监测仪表量程范围，特定工况下仪表数值集权范围，以及仪表趋势变化来进行仪表的自检，确保仪表运行正常，从而提高仪表检查准确性及全面性，增加电厂汽轮机运行的安全可靠性。

Description

一种汽轮机监测仪表自检测***及自检方法

技术领域

本发明涉及监测仪表自检***以及方法，尤其涉及针对电厂汽轮机监测仪表自检***及检测方法。

背景技术

汽轮机是发电厂的三大核心设备之一，由于***复杂、零部件众多，且电厂控制***出于自动化程度要求高等原因，因此常安装有数量非常多的测点，比如一台1000MW四缸四排汽的汽轮机机组，便安装有450多个监测仪表，这些仪表主要用于监测设备及循环工质的温度、流量、压力、振动、转速等信号，是确保汽轮机处于可控的安全高效状态下运行的基础。

类似于汽车在每次启动时的安全检查，汽轮机在每次启动时，均需检查监测仪表是否正常工作。只有确保仪表工作正常，才可进行下一步操作，否则便可能会因仪表无法有效监测设备状态而使机组处于危险运行状态。

当前电厂运行人员对监测仪表的检查现状是在汽轮机每次启动时，在电厂集控室会有相关运行人员对机组的仪表进行检查，目前这一操作均采用人工检查方式，大体是通过将机组维持在一定转速及负荷状态下一段时间，查看仪表示值是否处于合理范围内，用以进行仪表状态的正常性判断。然而，检查现状是，尽管一些现代化仪表常有自检查功能，但其进行自检的依据多仅是针对自身信号的强弱或有无，仅可在自身信号较弱或消失时发出报警信号，而对信号示值的正确性、信号变化趋势的合理性不能、也无法评判(因为进行上述评判是需严格基于仪表所监测的物理量的特性而定的，监测仪表在出厂前是无法获知这些特性的)；与此同时，由于电厂监测仪表数量众多，运行人员无法对所有仪表进行逐一检查，于是检查范围往往只能覆盖少数重要的仪表。仪表检查工作在机组每次启动时均需进行，温热态启动时，由于机组停机时间不长，检查工作约需花费10分钟左右时间；但对于停机时间较久的冷态启动，尤其是机组大修检查后的冷态启动，由于仪表长时间未使用而更需特别注意仪表是否正常，因此通常要花费30分钟甚至更多的时间。

综上所述，我们可知，目前电厂的仪表检查工作存在着工作量大、人工检查效率低、费时且检查覆盖面较小而易遗漏的问题。

发明内容

本发明针对上述情况，特提出一种能大幅减少运行人员工作量的同时，还提高了仪表检查的准确性及全面性的汽轮机监测仪表自检查的方法及***：

一种汽轮机监测仪表自检测***，包括有监测仪表，DCS***，电厂实时数据库，还包括有自检数据库服务器，计算服务器，数据展示服务器以及人机交互终端，所述的监测仪表分布在汽轮机上各处对汽轮机运行参数进行检测，所述的DCS***采集各监测仪表数值并传输至电厂实时数据库进行储存，所述的自检数据服务器从电厂实时数据库中调取相应监测仪表实时监测数据，所述的自检测数据服务器内还存储有预先设定好的各监测仪表数值合理范围和各检测仪表数据件相关性及持续性数据集，所述的计算服务器将自检数据服务器内存储数据和从电厂实时数据库调取的实时数据进行分析判断仪表状态并将分析结果发送至数据展示服务器，由所述的数据展示服务器将分析结果传输至人机交互终端供浏览。

进一步的，所述的自检数据服务器基于二次开发端口仅能够从电厂实时数据库中读取相关数据且不能对电厂实时数据库进行写入。

进一步的，所述的自检数据服务器存储自汽轮机最近一次启动开始时刻以来监测仪表实施数据，数据存储平率在0.5s-2min范围。

进一步的，所述的监测仪表数值合理范围包括监测仪表量程范围，以及汽轮机特定工况下各监测仪表合理集群范围。

一种汽轮机监测仪表自检测方法，数据库采集汽轮机各监测仪表数值，通过计算器对监测仪表数值进行至少以下两方面检查，检查采集的各检测仪表值在汽轮机转速恒定的特定工况下是否处于合理的数值集群范围内；在汽轮机转速发生变化时检查各监测仪表数据之间的变化趋势相关性是否合理。

进一步的，通过计算器对监测仪表数值的检查还包括检查采集的各监测仪表值是否超量程范围；对各监测仪表值量程范围由操作人员人为设定，若监测仪表超出量程范围计算器则会记录监测仪表名称、时刻点和数值大小。

进一步的，所述的特定工况为暖机工况或低负荷工况，该工况下汽轮机将做一定时间停留，且各工况下各监测仪表数值集群由工作人员人为设定。

进一步的，监测仪表变化趋势相关性由数据分析程序根据工作人员认定合理的运行数据集，利用相关性原理、主成分分析自行学习并归纳出各检测仪表数据间两两相关性。

采用上述***和方法，不仅能够通过计算机实现监测仪表的量程和在汽轮机某一特定转速或负荷的工况下监测仪表数值集群检测，还能够通过软件学习检查各仪表趋势变化是否符合要求，从而提高仪表检查准确性及全面性，增加电厂汽轮机运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明***结构示意图；

图2为时间段内汽轮机数次启动停止过程中转速变化情况；

图3为与图2中转速变化匹配的高压主气门前蒸汽温度变化情况；

图4为与图2中转速变化匹配的高压缸中壁温度变化情况；

图5为与图2中转速变化匹配的主蒸汽压力变化情况；

图6为与图2中转速变化匹配的中压过热器出口压力变化情况；

图7为与图2中转速变化匹配的主蒸汽流量变化情况。

具体实施方式

如图1所示的汽轮机自检测***包括有监测仪表、DCS***、电厂实时数据库、自检数据库服务器、计算服务器、数据展示服务器以及显示器，监测仪表分布设置在汽轮机上，并对汽轮机的温度、压力、流量、转速等数据进行采集，DCS***为电厂内部***能够采集各监测仪表值并传输至电厂实时数据库进行储存，自检数据服务器则能够从电厂实时数据库中调取相应监测仪表实时监测数据，在自检测数据服务器内存储有预先设定好的各监测仪表数值合理范围(该范围包括各监测仪表量程范围和汽轮机特定工况下各监测仪表数值集群范围)和各检测仪表数据相关性及持续性数据集，计算服务器将自检数据服务器内存储数据和从电厂实时数据库调取的实时数据进行分析判断仪表状态并将分析结果发送至数据展示服务器，由所述的数据展示服务器将分析结果传输至人机交互终端供浏览。

通过DCS***采集各监测仪表数值并存储到电厂实时数据库中的过程为电厂固有***流程，而且电厂实时数据库不仅用于存储监测仪表数据，还存储有电厂其他重要数据，考虑到电厂对数据管理的安全要求，电厂实时数据库仅能够进行读取，因此自检数据服务器是基于二次开发接口，通过向电厂实时数据库索取数据读取权限，调取各监测仪表的监测数据。

自检测服务器读取数据时是将电厂实时数据库中存储自最近一次启动开始时刻以来监测仪表的实时数据，数据存储频率在0.5至2min范围，频率不可过快以免造成存储和计算资源的巨大压力，频率也不建议过慢以免丢失某些重要的变化特性；此外，服务器还将存储预先设定的各仪表的量程范围数值、预先设定的在汽轮机转速维持在某一转速或负荷的工况状态下停留时仪表示值的合理范围数值(该运行状态可以是背景技术中所述的人工检查仪表时的某转速及负荷维持状态)、预先设定的各仪表数据间的相关性特性数据集等信息，相关性是指两个变量间的关联程度，相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素间的相关密切程度。通过观察图2-7所示的机组大量运行数据进行相关性分析，可以获得两两监测仪表数据间的相关性特性，如正相关程度、负相关程度或不相关特性等。

该***中对通过计算器对监测仪表数值进行检查是重要环节，具体方法是通过三方面检查确保仪表检测的准确性：

1.检查采集的各监测仪表值是否超量程范围。

具体做法是将各待检查检测仪表示值与预先存储在自检测服务器内的各仪表的量程范围数值进行比较。量程范围可由运行人员在自检测服务器内指定和修改。程序会实时判断监测仪表示值是否在量程范围内，若超过量程，则会记录超量程时的数据信息，如时刻点、数据值大小、仪表名称等，并记录为日志文档后反馈至前端展示服务器以提醒运行人员。在汽轮机运行中该检查过程始终进行。

2.检查采集的各监测仪表值在汽轮机转速恒定的特定工况下是否处于合理数值集群范围。

汽轮机维持在特定工况下，此时汽轮机停留在某一特定转速及负荷，此时进行各监测仪表数值集群范围的检查，其他情况下则不进行监测仪表数值集群范围的检查。

该检查是一种静态检查，仅针对监测仪表数据在某些特定工况下的准确性及合理性进行判别。特定工况可以是汽轮机某固定转速工况，如汽轮机在600r/min或1800r/min下的暖机工况，或是汽轮机某低负荷工况(汽轮机一旦带有负荷则转速就处于恒定)，如带5％初负荷工况，在这些工况下，汽轮机将做一定时间的停留。理想地，上述工况可选择汽轮机的中低速暖机工况和带初负荷工况，因为汽轮机运行时本身也需在这些工况下停留，因此在选择工况时，可以选择操作流程中所设的固有工况。

监测仪表在上述特定工况下的合理数值范围可由运行人员在自检数据库服务器中预设，也可以是由程序根据运行人员认定合理的运行数据集而自行学习并划定的数值范围。该数值范围是基于统计的结果，数值范围将随着运行数据集的增多而更趋于合理。

具体判断过程描述如下，假定某仪表示值在某特定工况下的合理范围为[R1，R2]，当监测仪表示值A∈[R1，R2]时，则会反馈“仪表示值合理”信号；当A<R1时，会反馈至前端“仪表示值低于下限合理值”信号；当A>R2时，会反馈至前端“仪表示值高于上限合理值”信号。

如图2至图7所示，以图2中汽轮机转速变化为参考，在转速恒定后，各监测仪表的竖直也趋于平衡且在某个范围为跳动，集群检查就是针对该状态下各监测仪表的数值范围是否合理来进行检查，只要监测仪表的检测数值在该集群范围内，则表明监测仪表工作正常。

3.检查各监测仪表数据之间的变化趋势相关性是否合理。

在汽轮机转速发生变化时，各监测仪表的数值也随之发生趋势性变化，因此该检查过程只对在汽轮机转速发生变化进行。

该检查是对监测仪表的动态变化特性的合理性进行判断。人工检查仪表时主要是从监测仪表示值在某些特定工况下的合理性进行判断，而无法对机组由静止态到达特定工况过程中的动态变化特性进行辨识及评估，于是，这种作法对仪表的响应迟滞性无法有效识别，然而，倘若监测仪表不能及时迅速的捕捉机组变化特性数据，对具有快速响应控制要求的电厂设备而言，可能会引发运行事故。

针对这种情况，数据分析程序会根据运行人员认定合理的运行数据集(比如预先由运行人员向自检数据服务器输入多组经认定合理的机组运行数据集)，利用相关性原理、主成分分析等知识自行学习并归纳出各监测仪表数据间的两两相关性，并作为基准数据集，而在启动过程中，当监测仪表动态响应特性发生变化时，如响应迟滞性增高时，其与某些监测仪表监测数据间的相关性必然会发生变化。而当新获得的相关性数据与基准数据集之间的偏差度超过了C(阈值)，则可认为该仪表的动态响应特性的合理性出现了问题，将向前端发出提示信息。

使用该准则判断时，具体判断过程描述如下，计算服务器预先向数据分析程序给定了运行人员存储在自检数据服务器内的多组经认定合理的机组运行数据集，程序分析后会归纳出各监测仪表数据的两两相关性数据集，并记为[Z](基准范围)存储在自检数据服务器。当程序对最近一次启动过程中的监测仪表数据进行分析后，可获得各仪表间的相关性数据集，记为[Y]。当某一监测仪表n的示值与其余仪表示值间的相关性特征值[Yn]超过了基准[Zn]的范围，且达到了阈值C的大小时，认为该仪表的动态响应特性的合理性出现了问题，将向数据展示服务器发出提示信息，以促进运行人员进一步排查原因。需要说明的是，相关性数据集[Z]是基于统计的结果，数据集将随着合理运行数据集的增多而更趋于合理。

该趋势性监测依据是根据图2至图7中各监测仪表的复现性表现而提出的，通过观察图2至图7可以看出随着汽轮机的转速变化，各监测仪表的变化趋势也随之变化，因此该检查过程依据基准是汽轮机的转速来判断趋势变化的起始，而对汽轮机转速监测仪表不做相关性检查，不仅是由于汽轮机转速监测仪表是作为参考基准，另一方面也是由于汽轮机转速监测仪表准确性和可靠性高。

以上三方面检查并非需要全部进行，由于趋势检查和特定工况下集群检查过程中如果均处于正常状态，则说明监测仪表始终处于合理量程范围内，而趋势检查和特定工况下集群检查覆盖了汽轮机的整个运行过程，因此量程范围的检查可以作为一种完整性的检查手段选择性的采用或取消。还需要说明的是一种完美的情况是能够对汽轮机工作状态转速恒定的情况下都做集群范围检测，这种情况下可以完全不需要采用量程范围检测，由于汽轮机除了上述的在暖机工况，或是低负荷工况下处于恒定转速运行，在正常运行时也是恒定转速，而随着发电量要求来改变负荷，因此集群范围的检测是根据汽轮机所处工况设定，汽轮机正常运行时的负荷变化的工况状态较多变复杂所需要设定的集群范围数量过多会对***产生较大的数据存储要求，也不利于操作人员录入，因此仅对其中几种特定必经的工况集群范围检查就能够达到对监测仪表的自检目的，则不需要对所有工况下集群范围检测，这是在其他工况(如正常运转，根据发电量变化汽轮机转速不变而负荷改变)下则需要通过量程范围检查确保各监测仪表的正常运行以及对汽轮机组的保护。

Claims (8)

1.一种汽轮机监测仪表自检测***，包括有监测仪表，DCS***，电厂实时数据库，其特征在于：还包括有自检数据库服务器，计算服务器，数据展示服务器以及人机交互终端，所述的监测仪表分布在汽轮机上各处对汽轮机运行参数进行检测，所述的DCS***采集各监测仪表数值并传输至电厂实时数据库进行储存，所述的自检数据服务器从电厂实时数据库中调取相应监测仪表实时监测数据，在所述的自检测数据服务器内还存储有预先设定好的各监测仪表数值合理范围和各检测仪表数据间相关性及持续性数据集，所述的计算服务器将自检数据服务器内存储数据和从电厂实时数据库调取的实时数据进行分析判断仪表状态并将分析结果发送至数据展示服务器，由所述的数据展示服务器将分析结果传输至人机交互终端供浏览。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机监测仪表自检测***，其特征在于：所述的自检数据服务器基于二次开发端口仅能够从电厂实时数据库中读取相关数据且不能对电厂实时数据库进行写入。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽轮机监测仪表自检测***，其特征在于：所述的自检数据服务器存储自汽轮机最近一次启动开始时刻以来监测仪表实施数据，数据存储平率在0.5s-2min范围。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机监测仪表自检测***，其特征在于：所述的监测仪表数值合理范围包括各监测仪表量程范围，以及汽轮机特定工况下各监测仪表合理集群范围。

5.一种汽轮机监测仪表自检测方法，其特征在于：数据库采集汽轮机各监测仪表数值，通过计算器对监测仪表数值进行至少以下两方面检查，检查采集的各检测仪表值在汽轮机转速恒定的特定工况下是否处于合理的数值集群范围内；在汽轮机转速发生变化时检查各监测仪表数据之间的变化趋势相关性是否合理。

6.根据权利要求5所述的一种汽轮机监测仪表自检方法，其特征在于：通过计算器对监测仪表数值的检查还包括检查采集的各监测仪表值是否超量程范围；对各监测仪表值量程范围由操作人员人为设定，若监测仪表超出量程范围计算器则会记录监测仪表名称、时刻点和数值大小。

7.根据权利要求5所述的一种汽轮机监测仪表自检方法，其特征在于：所述的特定工况为暖机工况或低负荷工况，该工况下汽轮机将做一定时间停留，且各工况下各监测仪表数值集群由工作人员人为设定。

8.根据权利要求5所述的一种汽轮机监测仪表自检方法，其特征在于：监测仪表变化趋势相关性由数据分析程序根据工作人员认定合理的运行数据集，利用相关性原理、主成分分析自行学习并归纳出各检测仪表数据间两两相关性。

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