RU2056506C1 - Method of determination of technical state of turbounit automatic control system - Google Patents

Abstract

FIELD: technical diagnostics of automatic control systems of steam turbines. SUBSTANCE: method consists in comparison of present and standard magnitudes of correlation coefficients between input and output coordinates of control channels and individual elements of these channels. In case cut-off spool valve 10 of servomotor 13 gets defective, high-pressure valve 16 will not respond to input actions. In this case relationship between power and pressure in first bleed chamber and between power and pressure in second bleed chamber increases since fluctuations in pressure set servomotors of high-pressure and low-pressure valve in motion and high-pressure servomotor cannot compensate for this disturbance. As a result, coefficients of correlation between pressure and power get increased. Change in correlation coefficients in the course of operation of turbounit makes it possible to reveal defective control channel at initial stage and then to reveal element which causes derangement of automatic control system. The numerical estimation thus obtained makes it possible to decide whether to continue operation of turbounit or to stop it for performing repair. EFFECT: enhanced reliability, high safety and efficiency of turbounit through routine estimation of serviceability of steam turbine automatic control system. 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам технической диагностики автоматических систем регулирования (АСР) паровых турбин (ПТ) и может быть использовано при эксплуатации ПТ различных типов, преимущественно теплофикационных турбин с регулируемыми отборами пара и связанной системой регулирования. The invention relates to methods for the technical diagnostics of automatic control systems (ASR) of steam turbines (ПТ) and can be used in the operation of various types of ПТ, mainly cogeneration turbines with adjustable steam extraction and associated control system.

Известны способы определения технического состояния АСР ПТ с помощью устройства, оценивающего состояние АСР ПТ на основании измерения и сравнения с эталонными значениями выходного сигнала АСР и времени его запаздывания при подаче на вход единичного прямоугольного импульса заданной длительности и амплитуды [1] или путем сравнения сигналов датчика хода поршня гидроцилиндра привода регулирующего клапана и датчика давления рабочей жидкости в этом гидроцилиндре с заранее заложенными номинальными характеристиками и анализа состояния системы регулирования по рассогласованию сигналов [2] Известен также способ, где сравниваются сигналы датчиков перемещений органов АСР, давлений, а также индикаторов активной нагрузки генератора и частоты вращения с соответствующими эталонными характеристиками, хранимыми в памяти ЭВМ [3]
Указанные способы наряду со своими достоинствами: оперативностью, возможностью выявления неисправностей на ранней стадии их развития, удобством и разнообразием предупреждающей информации в виде показания прибора, информации на телемониторе, светового или звукового сигнала, имеют несколько недостатков, ограничивающих широкое применение указанных способов. Во-первых, не всегда возможно вносить в работающее оборудование искусственные возмущения для проведения диагностических мероприятий, так как это означает изменение режима работы. Во-вторых, номинальные характеристики могут быть получены лишь с некоторым приближением к эталонным. Даже характеристики, зафиксированные при сдаточных заводских испытаниях новых АСР, не могут считаться эталонными, хотя бы в силу разброса свойств материалов, размеров, условий изготовления и сборки. В-третьих, эти способы не могут быть применены в турбоустановках, уже находящихся в эксплуатации, так как их эталонные характеристики неизвестны. Взять же за основу характеристики, имевшиеся на момент оборудования АСР диагностическим комплексом, нельзя: на них могут сказаться уже появившиеся в АСР неисправности. Процедура сравнения эталонных и реальных характеристик достаточно сложна, дает неоднозначный результат с большой погрешностью, особенно в случаях, когда характеристики нелинейны. И, наконец, самое главное: указанные способы основаны на косвенных методах определения технического состояния, работоспособности и диагностики неисправностей, не обеспечивают выявления конкретного отказавшего элемента.Known methods for determining the technical condition of the ASR PT using a device that evaluates the state of the ASR PT based on measurement and comparison with the reference values of the output signal of the ASR and the time of its delay when a single rectangular pulse of a given duration and amplitude is input [1] or by comparing the signals of the travel sensor the piston of the hydraulic cylinder of the control valve actuator and the working fluid pressure sensor in this hydraulic cylinder with predefined nominal characteristics and analysis of the system status topics of regulation for the mismatch of signals [2] There is also a method where the signals of the sensors of displacement of the ASR organs, pressures, as well as indicators of the generator’s active load and speed are compared with the corresponding reference characteristics stored in the computer memory [3]
These methods, along with their advantages: efficiency, the ability to detect malfunctions at an early stage of their development, the convenience and variety of warning information in the form of a device reading, information on a television monitor, a light or sound signal, have several drawbacks that limit the widespread use of these methods. Firstly, it is not always possible to introduce artificial disturbances into the operating equipment for carrying out diagnostic measures, since this means a change in the operating mode. Secondly, the nominal characteristics can be obtained only with some approximation to the reference. Even the characteristics recorded during the acceptance factory tests of the new ASR cannot be considered standard, if only because of the dispersion of material properties, sizes, manufacturing and assembly conditions. Thirdly, these methods cannot be applied in turbine units already in operation, since their reference characteristics are unknown. It is impossible to take as a basis the characteristics that were available at the time the ACP was equipped with a diagnostic system: they may be affected by malfunctions already appearing in the ACP. The procedure for comparing reference and real characteristics is quite complicated, it gives an ambiguous result with a large error, especially in cases when the characteristics are non-linear. And, finally, the most important thing: these methods are based on indirect methods for determining the technical condition, performance and diagnosis of malfunctions, they do not provide for the identification of a specific failed element.

Техническая задача заключается в повышении надежности и эффективности эксплуатации турбоагрегата путем обеспечения оперативного и обоснованного определения работоспособности каналов регулирования и их элементов. The technical task is to increase the reliability and efficiency of operation of the turbine unit by providing an operational and informed determination of the operability of control channels and their elements.

Поставленная задача решается тем, что по способу определения технического состояния системы автоматического регулирования турбоагрегата с каналами регулирования частоты вращения и давления пара в камерах первого и второго отборов, содержащими последовательно включенные элементы, путем изменения значений мощности генератора, входных координат каналов регулирования частоты вращения и давления пара и выходных координат сервомоторов, формирования характерных показателей на основе результатов измерения, сопоставления этих показателей с эталонными значениями и выявления нарушения работоспособности системы по результатам сопоставления дополнительно измеряют значения выходных координат элементов каналов, характерные показатели формируют в виде коэффициентов корреляции между измеренными значениями мощности и давления в камере первого отбора, мощности и давления в камере второго отбора, давлений в камерах первого и второго отборов и между измеренными значениями входных и выходных координат каждого из последовательно включенных элементов каждого из каналов регулирования, сопоставляют значения сформированных коэффициентов корреляции с их эталонными значениями и выявляют нарушение работоспособности канала регулирования частоты вращения при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере первого отбора и коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере второго отбора, выявляют нарушение работоспособности канала регулирования давления пара в камере первого отбора при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере первого отбора и коэффициента корреляции между давлениями в камерах первого и второго отборов, выявляют нарушение работоспособности канала регулирования давления пара в камере второго отбора при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере второго отбора и коэффициента корреляции между давлениями в камерах первого и второго отборов, а после выявления нарушения работоспособности в одном из каналов регулирования выявляют нарушение работоспособности конкретного элемента этого канала при уменьшении коэффициента корреляции между измеренными значениями входной и выходной координат данного элемента. The problem is solved in that according to the method for determining the technical condition of the automatic control system of a turbine unit with channels for controlling the speed and steam pressure in the chambers of the first and second selections containing series-connected elements, by changing the generator power values, input coordinates of the channels for controlling the speed and steam pressure and output coordinates of servomotors, the formation of characteristic indicators based on the measurement results, comparing these indicators th with reference values and detecting a malfunction of the system according to the results of comparison additionally measure the values of the output coordinates of the channel elements, the characteristic indicators are formed in the form of correlation coefficients between the measured values of power and pressure in the chamber of the first selection, power and pressure in the chamber of the second selection, pressures in the chambers of the first and second selections and between the measured values of the input and output coordinates of each of the series-connected elements of each of the control channels monitoring, compare the values of the formed correlation coefficients with their reference values and identify a violation of the operability of the speed control channel with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure in the first selection chamber and the correlation coefficient between power and pressure in the second selection chamber, identify a violation of the pressure control channel steam in the first selection chamber with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure in the chamber of the first selection and the correlation coefficient between the pressures in the chambers of the first and second sampling, reveal a malfunction of the channel for regulating the steam pressure in the chamber of the second sampling with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure in the chamber of the second sampling and the correlation coefficient between the pressures in the chambers of the first and second sampling , and after detecting a malfunction in one of the control channels, a malfunction of a specific element of this channel is detected when reducing the correlation coefficient between the measured values of the input and output coordinates of this element.

Предполагается оценивать качество работы элементов или системы регулирования сравнения с эталонными коэффициентами корреляции входных и выходных сигналов элементов. Характеристики элементов отражают правильность функционирования АСР, выполнение определенных соотношений и зависимостей, а коэффициенты корреляции показывают степень связи координат системы, что при оценке технического состояния автоматических систем и их диагностике более естественно. При этом коэффициенты корреляции дают однозначную количественную оценку состояния работоспособности АСР. It is supposed to evaluate the quality of work of the elements or the control system of comparison with the reference correlation coefficients of the input and output signals of the elements. The characteristics of the elements reflect the correct functioning of the ASR, the fulfillment of certain relationships and dependencies, and the correlation coefficients show the degree of correlation of the system coordinates, which is more natural in assessing the technical condition of automatic systems and their diagnosis. In this case, the correlation coefficients give an unambiguous quantitative assessment of the state of health of the ASR.

Случайный характер сигналов АСР позволяет применить понятия и методы теории вероятностей, связанные с коэффициентами корреляции. Если АСР исправна, то любому значению X_i входного сигнала соответствует единственное и определенное по статической характеристике значение выходного сигнала Y_i, функция Y=f(X) будет с точностью до помех детерминированной, а коэффициент корреляции R_xy= 1- ε, где ε <1 систематическая составляющая, связанная с конструктивными или эксплуатационными особенностями АСР (например, величиной перекрыш в золотниках или помехами) и легко рассчитываемая или определяемая экспериментально для каждого канала или элемента. Использование полученного заранее значения ε позволяет более объективно и обоснованно оценить работоспособность АСР. Если и АСР появляются отклонения от нормы в виде люфта, заедания подвижных деталей, затирания поверхностей, обрывов штоков клапанов и т. д. то это ведет к тому, что одному значению X_i могут соответствовать различные значения Y_i. В этом случае связанность координат уменьшается, коэффициент корреляции R_xy меньше значения (1- ε) и чем большей неисправность, тем меньшее значение R_xy. В пределе, когда АСР полностью перестает выполнять свои функции и пропадет всякая связанность координат X и Y, R_xy=0.The random nature of the ASR signals allows the application of concepts and methods of probability theory associated with correlation coefficients. If the ASR is working, then to any value X _{i of the} input signal there corresponds a unique and determined by the static characteristic value of the output signal Y _i , the function Y = f (X) will be deterministic up to noise, and the correlation coefficient R _xy = 1- ε, where ε <1 is a systematic component associated with the design or operational features of the ASR (for example, the amount of overlap in spools or interference) and is easily calculated or determined experimentally for each channel or element. The use of the ε value obtained in advance allows one to more objectively and reasonably evaluate the performance of ASR. If ACP appear abnormal in a backlash, seizure of moving parts, the rubbing surfaces, the valve stem breaks, and so on. E. This leads to that one value of X _i may correspond to different values of Y _i. In this case, the coherence of the coordinates decreases, the correlation coefficient R _{xy is} less than the value (1- ε) and the greater the malfunction, the smaller the value of R _xy . In the limit, when the ASR completely ceases to fulfill its functions and any connectedness of the X and Y coordinates disappears, R _xy = 0.

На фиг. 1 представлена функциональная схема связанной АСР турбоагрегата с двумя регулируемыми отборами пар; на фиг. 2 принципиальная схема устройства для диагностики системы регулирования и отдельных ее элементов, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 возможная схема устройства для расчета коэффициентов корреляции R_xy.In FIG. 1 shows a functional diagram of a coupled ACP turbine unit with two adjustable pair selections; in FIG. 2 is a schematic diagram of a device for diagnosing a control system and its individual elements that implements the proposed method; in FIG. 3 is a possible diagram of a device for calculating the correlation coefficients R _xy .

АСР состоит из трех каналов регулирования: частоты вращения ротора турбоагрегата ω, давлений P₁ и P₂ в камерах первого и второго регулируемых отборов пара. Каналы содержат входные преобразователи 1, 2 и 3 с выходными координатами x₁, x₂ и x₃, усилители 4, 5 и 6 с выходными координатами y₁, y₂ и y₃, золотники 7, 8 и 9 регуляторов с выходными координатами Z₁, Z₂ и Z₃ и отсечные золотники 10, 11 и 12 с сервомоторами 13, 14 и 15 с выходными координатами μ₁, μ₂ и μ₃ положениями регулирующих клапанов 16 части 17 высокого давления (ЧВД), клапанов 18 части 19 среднего давления (ЧСД) и клапанов 20 части 21 низкого давления (ЧНД). С валом турбины связан генератор 22, выходной координатой которого является электрическая мощность N. После ЧВД часть расхода пара Q₁ с давлением P₁ поступает в линию первого отбора, остальной расход подается в ЧСД. После ЧСД поток пара опять разделяется: часть (Q₂) с давлением P₂ направляется в линию второго отбора, а остальная часть попадает в ЧНД. Перекрестные связи между золотниками 7, 8 и 9 регуляторов и отсечными золотниками 10, 11 и 12 призваны обеспечить условия независимости мощности от давлений в камерах отборов и давления в камере отбора от мощности и давления в другой камере: N ≠ f(P₁, P₂); P₁ ≠ f(N, P₂); P₂ ≠ f(N, P₁). В неисправных АСР эти условия нарушаются.ACP consists of three control channels: the rotor speed of the turbine unit ω, pressures P ₁ and P ₂ in the chambers of the first and second adjustable steam takeoffs. The channels contain input converters 1, 2 and 3 with output coordinates x ₁ , x ₂ and x ₃ , amplifiers 4, 5 and 6 with output coordinates y ₁ , y ₂ and y ₃ , spools 7, 8 and 9 of the controllers with output coordinates Z ₁ , Z ₂ and Z ₃ and shut-off spools 10, 11 and 12 with servomotors 13, 14 and 15 with output coordinates μ ₁ , μ ₂ and μ _{3 by the} positions of control valves 16 of high pressure part 17 (CVP), valves 18 of part 19 of the middle pressure (NPP) and valves 20 of part 21 of low pressure (NPP). A generator 22 is connected to the turbine shaft, the output coordinate of which is the electric power N. After the CVD, part of the steam flow rate Q ₁ with pressure P ₁ enters the first sampling line, the rest of the flow rate is fed to the CSD. After PSA, the steam flow is again divided: part (Q ₂ ) with pressure P _{2 is} sent to the second extraction line, and the rest falls into the NPP. Cross connections between the spools 7, 8 and 9 of the regulators and the shut-off spools 10, 11 and 12 are designed to provide conditions for the independence of power from pressures in the sampling chambers and pressure in the sampling chamber from power and pressure in another chamber: N ≠ f (P ₁ , P ₂ ); P ₁ ≠ f (N, P ₂ ); P ₂ ≠ f (N, P ₁ ). In faulty ASR, these conditions are violated.

Устройство для определения технического состояния АСР и диагностики ее элементов содержит накопители 23 значений координат, блоки хранения текущих 24 и эталонных 25 значений коэффициентов корреляции, блок 26 сигнализации, коммутационно-вычислительный блок 27, блок 28 коммутации, блок 29 вычисления коэффициентов корреляции, блок 30 коммутации, блок 32 вычитания, блок 32 сравнения, логический блок И 33 логический блок ИЛИ 34. A device for determining the technical state of the ASR and diagnostics of its elements contains drives 23 coordinate values, storage units for the current 24 and reference 25 values of the correlation coefficients, a signaling unit 26, a switching and computing unit 27, a switching unit 28, a correlation coefficient calculation unit 29, a switching unit 30 , block 32 subtraction, block 32 comparison, logical block AND 33 logical block OR 34.

Блок 29 вычисления коэффициентов корреляции содержит блок 35 произведения, квадраторы 36 и 37, сумматоры 38, 39 и 40, блок 41 произведения, блок 42 извлечения корня квадратного, блок 43 деления, счетчики 44, 45 и 46 циклов. The correlation coefficient calculating unit 29 comprises a product block 35, quadrants 36 and 37, adders 38, 39 and 40, a product block 41, a square root extracting unit 42, a division unit 43, counters 44, 45 and 46 cycles.

Если, например, отсечной золотник 10 сервомотора 13 перестал перемещаться из-за возросших сил трения, клапан 16 ЧВД, регулирующий мощность турбины N, перестает отзываться на изменение частоты вращения ω. В этом случае возрастает связь между мощностью N и давлением в камере первого отбора P₁ (выражаемая коэффициентом корреляции R_NP1) и между мощностью N и давлением в камере второго отбора P₂ (выражаемая коэффициентом R_NP2). Это вызвано тем, что колебания давлений P₁ и P₂ в камерах отборов ведут ее перемещению сервомоторов ЧСД и ЧНД (для поддержания заданных давлений P₁ и P₂), а сервомотор ЧВД из-за поломки своего отсечного золотника не может компенсировать эти возмущения, в результате чего мощность турбины оказывается зависящей от значений давлений P₁ и P₂.If, for example, the shut-off valve 10 of the servomotor 13 has stopped moving due to increased frictional forces, the valve 16, which controls the power of the turbine N, stops responding to changes in the frequency of rotation ω. In this case, the relationship between the power N and the pressure in the first selection chamber P ₁ (expressed by the correlation coefficient R _NP1 ) and between the power N and the pressure in the second selection chamber P ₂ (expressed by the coefficient R _NP2 ) _increases . This is due to the fact that fluctuations in the pressures P ₁ and P ₂ in the sampling chambers lead it to the movement of the CSD and NPV servomotors (to maintain the given pressures P ₁ and P ₂ ), and the CVD servomotor cannot compensate for these disturbances due to the breakdown of its shut-off spool, as a result, the turbine power turns out to be dependent on the pressure values P ₁ and P ₂ .

При неисправности канала регулирования давления P₁ в первом отборе устанавливается связь между давлениями P₁ и P₂ (коэффициент R_P1,P2) и между давлением P₁ и мощностью турбины N (коэффициент R_NP1). При неисправности канала регулирования давления P₂ во втором отборе устанавливается связь между давлением P₂ и мощностью турбины N (коэффициент R_NP2) и между давлениями P₁ и P₂ (коэффициент R_P1,P2).In the event of a failure of the pressure control channel P ₁ in the first selection, a relationship is established between the pressures P ₁ and P ₂ (coefficient R _{P1, P2} ) and between pressure P ₁ and turbine power N (coefficient R _NP1 ). If the pressure control channel P ₂ fails in the second sampling, a relationship is established between the pressure P ₂ and the turbine power N (coefficient R _NP2 ) and between the pressures P ₁ and P ₂ (coefficient R _{P1, P2} ).

Таким образом, по величинам коэффициентов корреляции R_NP1, R_NP2, R_P1P2 можно судить о работоспособности АСР и выявить неисправный канал регулирования. Для эффективности и оперативности диагностирования важно, что чем более существенна степень неисправности, тем больше отклонение коэффициентов корреляции от эталонных значений, и поэтому это отклонение служит мерой нарушения работоспособности, в том числе на ранних стадиях его возникновения.Thus, the values of the correlation coefficients R _NP1 , R _NP2 , R _P1P2 can be judged on the health of the ACP and to identify a faulty control channel. For the effectiveness and efficiency of diagnosis, it is important that the more significant the degree of malfunction, the greater the deviation of the correlation coefficients from the reference values, and therefore this deviation serves as a measure of malfunction, including in the early stages of its occurrence.

Способ определения технического состояния каналов регулирования заключается в следующем. С некоторой периодичностью рассчитываются, контролируются и анализируются значения коэффициентов корреляции R_NP1, R_NP2, R_P1P2. Если коэффициенты корреляции R_NP1 ≅ ε_NP1; R_NP2 ≅ ε_NP2; R_P1P2 ≅ ε_P1P2, то все три канала регулирования исправны. Увеличение коэффициентов корреляции однозначно указывают на факт и место возникновения неисправности в АСР.A method for determining the technical condition of control channels is as follows. With some periodicity, the values of the correlation coefficients R _NP1 , R _NP2 , R _P1P2 are calculated, controlled and analyzed. If the correlation coefficients R _NP1 ≅ ε _NP1 ; R _NP2 ≅ ε _NP2 ; R _P1P2 ≅ ε _P1P2 , then all three control channels are operational. An increase in the correlation coefficients clearly indicate the fact and place of occurrence of the malfunction in the ASR.

Если обнаружится, что возросли значения коэффициентов R_NP1 и R_NP2(R_NP1> ε_NP1, и R_NP2>ε_NP2) при сохранении своего прежнего значения коэффициента R_P1P2 ≅ ε_P1P2, то это указывает на возникновение неисправности в канале регулирования частоты вращения ω; возросли значения коэффициентов R_NP1 и R_P1P2 (R_NP1> ε_NP1 и R_P1P2> ε_P1P2) при R_NP2 ≅ ε_NP2, то это указывает на возникновение неисправности в канале регулирования давления P₁ в камере первого отбора; возросли значения R_NP2 и R_P1P2(R_NP2> ε_NP2 и R_P1P2> ε_P1P2) при R_NP1 ≅ ε_NP1, то это указывает на возникновение неисправности в канале регулирования давления P₂ в камере второго отбора.If it is found that the values of the coefficients R _NP1 and R _NP2 (R _NP1 > ε _NP1 , and R _NP2 > ε _NP2 ) have _increased while maintaining their previous value of the coefficient R _P1P2 ≅ ε _P1P2 , then this indicates a malfunction in the speed control channel ω ; the coefficients R _NP1 and R _P1P2 (R _NP1 > ε _NP1 and R _P1P2 > ε _P1P2 ) _increased for R _NP2 ≅ ε _NP2 , this indicates a malfunction in the pressure control channel P ₁ in the first selection chamber; _{Since the} values of R _NP2 and R _P1P2 (R _NP2 > ε _NP2 and R _P1P2 > ε _P1P2 ) increased for R _NP1 ≅ ε _NP1 , this indicates a malfunction in the pressure control channel P ₂ in the second sampling chamber.

Предложенным способом можно найти не только неисправный канал регулирования, но и обнаружить тот элемент, который привел к выходу из строя канала и АСР в целом. Для этого измеряются и промежуточные координаты x₁, x₂, x₃ выходные координаты входных преобразователей, y₁, y₂, y₃ выходные координаты усилителей, z₁, z₂, z₃ выходные координаты золотников регуляторов.By the proposed method, one can find not only a faulty control channel, but also detect the element that led to the failure of the channel and the ASR as a whole. For this, the intermediate coordinates x ₁ , x ₂ , x ₃ are measured, the output coordinates of the input converters, y ₁ , y ₂ , y _{3 the} output coordinates of the amplifiers, z ₁ , z ₂ , z _{3 the} output coordinates of the spools of the regulators.

В исправной АСР коэффициенты корреляции между частотой вращения турбоагрегата ω, давлениями P₁ и P₂ и выходными координатами входных преобразователей x₁, x₂, x₃ (R_ωx1, R_p1x2, R_p2x3), между входными x₁, x₂, x₃ и выходными y₁, y₂, y₃ координатами усилителей (R_x1y1, R_x2y2, R_x3y3), между входными y₁, y₂, y₃ и выходными z₁, z₂, z₃ координатами золотников регуляторов (R_y1z1, R_y2z2, R_y3z3) и между входными координатами сервомоторов z₁, z₂, z₃ и их выходными координатами μ₁, μ₂, μ₃(R_z1μ1, R_zμ2, R_z3μ3) близки к 1- ε_i где ε_i систематическая составляющая, связанная с конструктивными особенностями i-го элемента. Падение значения какого-либо из этих коэффициентов корреляции означает поломку соответствующего элемента.In working ACP, the correlation coefficients between the turbine speed ω, pressures P ₁ and P ₂ and the output coordinates of the input transducers x ₁ , x ₂ , x ₃ (R _ωx1 , R _p1x2 , R _p2x3 ), between the input x ₁ , x ₂ , x ₃ and output y ₁ , y ₂ , y ₃ coordinates of amplifiers (R _x1y1 , R _x2y2 , R _x3y3 ), between input y ₁ , y ₂ , y ₃ and output z ₁ , z ₂ , z ₃ coordinates of the spools of regulators (R _y1z1 , R _y2z2 , R _y3z3 ) and between the input coordinates of the servomotors z ₁ , z ₂ , z ₃ and their output coordinates μ ₁ , μ ₂ , μ ₃ (R _z1μ1 , R _zμ2 , R _z3μ3 ) are close to 1- ε _i where ε _i systematic component associated with constructive and features of the i-th element. A fall in the value of any of these correlation coefficients means a breakdown of the corresponding element.

Процедура выявления неисправного элемента следующая. После обнаружения вышедшего из строя канала регулирования производится определение коэффициентов корреляции составляющих канал элементов и сравнение их с эталонным значениям. Отклонение коэффициента корреляции какого-либо из элементов от эталонного значения (1- ε_i) однозначно указывает на факт его поломки.The procedure for identifying a defective item is as follows. After the detection of the failed control channel, the correlation coefficients are determined for the elements making up the channel and compared with reference values. The deviation of the correlation coefficient of any of the elements from the reference value (1 - ε _i ) clearly indicates the fact of its failure.

В результате предварительных расчетов или экспериментов для каждого канала или элементы можно установить количественную границу допустимого уровня потери работоспособности. Переход каким-либо коэффициентом корреляции этой границы может сопровождаться подачей дополнительного предупреждающего сигнала, автоматическим снижением нагрузки и остановкой турбины с целью недопущения аварии. As a result of preliminary calculations or experiments for each channel or elements, it is possible to establish a quantitative boundary of the permissible level of loss of performance. The transition by any correlation coefficient of this boundary may be accompanied by the supply of an additional warning signal, automatic reduction of the load, and a stop of the turbine in order to prevent an accident.

Блок-схема устройства для определения технического состояния АСР и диагностики ее элементов включает накопители 23 значений координат, блоки хранения текущих 24 и эталонных 25 значений коэффициентов корреляции, блок 26 сигнализации и коммутационно-вычислительный блок 27. В ячейки накопителей значений координат от датчиков поступают значения как основных параметров: частоты вращения ω, мощности N, давлений P₁, P₂, так и промежуточных координат: x₁, x₂, x₃ выходных координат входных преобразователей, y₁, y₂, y₃ усилителей z₁, z₂, z₃ золотников, μ₁, μ₂, μ₃ сервомоторов. C заданными промежутками времени эти значения через блок 28 коммутации попарно поступают на блок 29 вычисления коэффициентов корреляции (R), которые затем передаются в соответствующие ячейки блоков 24 хранения текущих значений коэффициентов корреляции. В ячейках блоков 25 хранения эталонных значений заранее помещены следующие значения коэффициентов корреляции:
R'_NP1= ε_NP1; R'_NP2= ε_NP2; R'_P1P2= ε_P1P2;
R'_ωx1=1- ε_ωx1; R'_x1y1= 1-ε_x1y1;
R'_y1z1=1- ε_y1z1; R'_z1μ1= 1- ε_z1μ1;
R'_p1x2=1- ε_p1x2; R'_x2y2= 1- ε_x2y2;
R'_y2z2=1- ε_y2z2; R'_z2μ2= 1- ε_z2μ2;
R'_p2x3=1- ε_P2x3; R'_x3y3-ε_x3y3;
R'_y3z3=1- ε_y3z3; R_z3μ3=1- ε_z3μ3, соответствующие исправной АСР.The block diagram of the device for determining the technical state of the ASR and diagnostics of its elements includes drives 23 coordinate values, storage units for the current 24 and reference 25 values of the correlation coefficients, a signaling unit 26 and a switching and computing unit 27. The values of main parameters: rotation frequency ω, power N, pressures P ₁ , P ₂ , and intermediate coordinates: x ₁ , x ₂ , x ₃ output coordinates of input transducers, y ₁ , y ₂ , y ₃ amplifiers z ₁ , z ₂ , z ₃ spools, μ ₁ , μ ₂ , μ ₃ servomotors. With predetermined time intervals, these values through the switching unit 28 are supplied in pairs to the correlation coefficient (R) calculation unit 29, which are then transmitted to the corresponding cells of the storage units 24 for storing the current values of the correlation coefficients. The following values of the correlation coefficients are placed in advance in the cells of the blocks for storing reference values 25:
R ' _NP1 = ε _NP1 ; R ' _NP2 = ε _NP2 ; R ' _P1P2 = ε _P1P2 ;
R ' _ωx1 = 1- ε _ωx1 ; R ' _x1y1 = 1-ε _x1y1 ;
R ' _y1z1 = 1- ε _y1z1 ; R ' _z1μ1 = 1- ε _z1μ1 ;
R ' _p1x2 = 1- ε _p1x2 ; R ' _x2y2 = 1- ε _x2y2 ;
R ' _y2z2 = 1- ε _y2z2 ; R ' _z2μ2 = 1- ε _z2μ2 ;
R ' _p2x3 = 1- ε _P2x3 ; R ' _x3y3 -ε _x3y3 ;
R ' _y3z3 = 1- ε _y3z3 ; R _z3μ3 = 1- ε _z3μ3 , corresponding to a working ASR.

Вначале с помощью блока 30 коммутации и блока 31 вычитания находится разность между соответствующими текущими и эталонными значениями коэффициентов корреляции ΔR_NP1, ΔR_NP2, ΔR_P1P2. В блоке 32 сравниваются значенияΔR_i| каждой из пар коэффициентов и величины ε_i. При этом для установления факта исправности АСР необходимо, чтобы все коэффициенты находились в нормальных пределах, а для установления факта неисправности, продолжения и углубления диагностических процедур достаточно, чтобы хотя бы один из рассматриваемых коэффициентов вышел за нормальные пределы.First, using the switching unit 30 and the subtracting unit 31, the difference between the corresponding current and reference values of the correlation coefficients ΔR _NP1 , ΔR _NP2 , ΔR _{P1P2 is found} . In block 32, the values of _{ΔR i} | each of the pairs of coefficients and ε _i . At the same time, to establish the fact that the ASR is working properly, it is necessary that all the coefficients are within normal limits, and to establish the fact of a malfunction, the continuation and deepening of diagnostic procedures is sufficient for at least one of the considered coefficients to go beyond normal limits.

Если все каналы исправны, разности коэффициентов корреляции меньше или равны ε_i(|ΔR_i| ≅ ε_i), через логический блок И 33 в блок сигнализации поступает сигнал "АСР в норме". Превышение любой из этих разностей значения ε_iΔR₁| > ε_i) из-за поломки канала ведет к тому, что через логический блок ИЛИ 34 поступает сигнал "АСР неисправна", а соответствующий сигнал обозначает неисправный канал в блоке сигнализации.If all channels are operational, the differences in the correlation coefficients are less than or equal to ε _i (| ΔR _i | ≅ ε _i ), the signal "ACP is normal" is received through the logical unit And 33 to the signaling unit. Exceeding any of these differences values ε _i ΔR ₁ | > ε _i ) due to a channel breakdown, the signal “ACP is faulty” is received through the OR 34 logic block, and the corresponding signal indicates a faulty channel in the signaling block.

При отказе, например, отсечного золотника 10 сервомотора 13 и выходе из строя канала регулирования частоты вращения разности указанных коэффициентов корреляции примут следующие значения: ΔR_NP1|R_NP1-R'_NP1| > ε_NP1; ΔR_NP2|R_NP2-R'_NP2| > ε_NP2; ΔR_P1P2|R_P1P2-R'_P1P2| ≅ ε_P1P2.If, for example, the shut-off valve 10 of the servomotor 13 fails and the speed control channel fails, the difference between the indicated correlation coefficients will take the following values: ΔR _NP1 | R _NP1 -R ' _NP1 | > ε _NP1 ; ΔR _NP2 | R _NP2 -R ' _NP2 | > ε _NP2 ; ΔR _P1P2 | R _P1P2 -R ' _P1P2 | ≅ ε _P1P2 .

После обнаружения отказа в АСР и определения неисправного канала устройство начинает поиск вышедшего из строя элемента. Для этого в блок 31 вычитания блок 30 коммутации передает попарно текущие и эталонные значения коэффициентов корреляции промежуточных элементов неисправного канала. Превышение разности какой-либо парыΔR_i| величины ε_iозначает поломку этого элемента и поступление команды в блок сигнализации.After detecting a failure in the ACP and determining the faulty channel, the device starts searching for the failed element. To do this, in the subtraction unit 31, the switching unit 30 transmits the current and reference values of the correlation coefficients of the intermediate elements of the faulty channel in pairs. Exceeding the difference of any pair ΔR _i | values ε _i means the breakdown of this element and the receipt of the command in the signaling unit.

В блоке вычисления коэффициентов корреляции входные сигналы X_i и Y_iпоступают на блок 35 произведения и квадраторы 36, 37. После них сигналы подаются на сумматоры 38, 39, 40. Выходные сигналы сумматоров 39 и 40 поступают на вход блока 41 произведений 41, выход которого подается на вход блока 42 извлечения квадратного корня. Выход блока 42 поступает на вход блока 43 деления, куда также поступает сигнал с сумматора 38. В схеме имеются три счетчика циклов 44, 45 и 46.In the block for calculating the correlation coefficients, the input signals X _i and Y _i are supplied to the product block 35 and the squares 36, 37. After them, the signals are fed to the adders 38, 39, 40. The output signals of the adders 39 and 40 are input to the block 41 of the products 41, the output which is fed to the input of the square root extraction unit 42. The output of block 42 goes to the input of block 43, which also receives the signal from the adder 38. The circuit has three cycle counters 44, 45, and 46.

Расчет коэффициентов корреляции производится по выражению
R_XY

Заданное с помощью счетчиков 44, 45 и 46 циклов количество координат X_i и Y_i, необходимых для расчета очередного коэффициента корреляции R_XY, перемещается в блоке 35 произведения, а затем суммируется в блоке 38. Такое же количество квадратов координат, полученных с помощью квадраторов 36 и 37 суммируется в сумматорах 39 и 40. Суммы квадратов перемножаются в блоке 41 произведения после чего в блоке 42 извлекается квадратный корень, который служит делителем суммы произведения координат, накопленной в сумматоре 38. На выходе блока 43 деления будет искомое значение коэффициента корреляции R_XY.The calculation of the correlation coefficients is made by the expression
R _xy

The number of coordinates X _i and Y _i , specified by counters 44, 45, and 46 cycles, required to calculate the next correlation coefficient R _XY , is moved in block 35 of the product, and then summed in block 38. The same number of squares of coordinates obtained using quadrators 36 and 37 are summed in adders 39 and 40. The sums of squares are multiplied in block 41 of the product, and then in block 42 the square root is extracted, which serves as a divisor of the sum of the product of coordinates accumulated in adder 38. At the output of block 43, the desired the beginning of the correlation coefficient R _XY .

Предлагаемый способ определения технического состояния АСР ПТ путем контроля значений коэффициентов корреляции входных и выходных координат каналов регулирования и отдельных элементов позволяет оперативно следить за работоспособностью АСР, на ранней стадии заметить факт и место возникновения неисправности, оценить ее количественно и решить вопрос о возможности продолжения эксплуатации оборудования или необходимости его остановки и проведения ремонта. Все это, в конечном счете, повышает эффективность, надежность и безопасность работы турбоагрегата. Выявление конкретного отказавшего элемента на основе уменьшения коэффициента корреляции между значениями входной и выходной координат данного элемента может быть реализовано в АСР турбоагрегата с одним или двумя каналами регулирования. The proposed method for determining the technical state of the automatic control system of the automation system by monitoring the values of the correlation coefficients of the input and output coordinates of the control channels and individual elements allows you to quickly monitor the operation of the automatic control system, at an early stage to notice the fact and place of the occurrence of the malfunction, quantify it and solve the problem of the possibility of continued operation of the equipment or the need to stop it and carry out repairs. All this, ultimately, increases the efficiency, reliability and safety of the turbine unit. Identification of a specific failed element on the basis of a decrease in the correlation coefficient between the values of the input and output coordinates of this element can be implemented in the ASR of a turbine unit with one or two control channels.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА с каналами регулирования частоты вращения ротора и давления пара в камерах первого и второго отборов, содержащими последовательно включенные элементы, путем измерения значений мощности генератора, входных координат каналов регулирования, частоты вращения и давлений пара и выходных координат сервомоторов, формирования характерных показателй на основе результатов измерения, сопоставления этих показателей с эталонными значениями и установления нарушения работоспособности системы по результатам сопоставления, отличающийся тем, что дополнительно измеряют значения выходных координат элементов каналов, характерные показатели формируют в виде коэффициентов корреляции между измеренными значениями мощности и давления в камере первого отбора мощности и давлении в камере второго отбора, давлений в камерах первого и второго отборов и между измеренными значениями входных и выходных координат каждого из последовательно включенных элементов каждого из каналов регулирования, сопоставляют значения сформированных коэффициентов корреляции с их эталонными значениями и устанавливают нарушение работоспособности канала регулирования частоты вращения при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере первого отбора и коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере второго отбора, устанавливают нарушение работоспособности канала регулирования давления пара в камере первого отбора при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере первого отбора и коэффициента корреляции между давлениями в камерах первого и второго отборов, устанавливают нарушение работоспособности канала регулирования давления пара в камере второго отбора при совместном увеличении коэффициента корреляции между мощностью и давлением в камере второго отбора и коэффициента коррелляции между давлениями в камерах первого и второго отборов, а после установления нарушения работоспособности в одном из каналов регулирования устанавливают нарушение работоспособности конкретного элемента этого канала при уменьшении коэффициента корреляции между измеренными значениями входной и выходной координат данного элемента. METHOD FOR DETERMINING THE TECHNICAL CONDITION OF THE SYSTEM OF AUTOMATIC REGULATION OF A TURBO UNIT with channels for controlling the rotor speed and steam pressure in the chambers of the first and second selections containing sequentially connected elements by measuring the values of the generator power, input coordinates of the control channels, rotation frequency and steam pressures, and output coordinates of servomotors the formation of characteristic indicators based on the measurement results, comparing these indicators with reference values and set According to the results of comparison, characterized by the fact that they additionally measure the values of the output coordinates of the channel elements, the characteristic indicators are formed as correlation coefficients between the measured values of power and pressure in the chamber of the first power take-off and pressure in the chamber of the second take-off, pressures in the chambers of the first and the second selection and between the measured values of the input and output coordinates of each of the series-connected elements of each of the control channels, compare the values of the generated correlation coefficients with their reference values and establish a violation of the operability of the speed control channel with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure in the first selection chamber and the correlation coefficient between power and pressure in the second selection chamber; first selection chamber with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure the chamber of the first selection and the correlation coefficient between the pressures in the chambers of the first and second sampling, establish a violation of the operability of the channel for regulating the steam pressure in the chamber of the second sampling with a joint increase in the correlation coefficient between power and pressure in the chamber of the second sampling and the correlation coefficient between the pressures in the chambers of the first and second sampling , and after establishing a malfunction in one of the channels of regulation establish a malfunction of a particular element e of the channel with a decrease in the correlation coefficient between the measured values of the input and output coordinates of this element.

Images