CN101555806A - 发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法 - Google Patents

Abstract

发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，涉及电力系统领域。现有技术存在报警不准确、不及时、无法识别测量装置和生产装置等缺陷，本发明通过生产实时系统连接汽轮发电机组，将组成汽轮发电机组的各设备群组分为生产装置性设备和测量装置性设备二类，当这二类设备发生故障时，根据设备参数变化的规律，进行分类报警和识别。采用多种报警方式和动态报警定值相结合，能够在第一时间内对运行参数的异常变化作出及时报警，供运行人员参考，以实现早报警、早发现、早处理的目的。

Description

发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法

【技术领域】

本发明涉及电力系统领域，具体是一种利用生产实时系统在发电厂生产领域二次开发而形成的生产实时参数分类报警和识别的辅助方法。

【背景技术】

汽轮发电机组具有高科技、高自动化、高计划性、高集约性的设备群组，一套汽轮发电机组除了锅炉、汽轮机、发电机、主变压器四大主设备外，还有上千台各种旋转机械设备、热交换设备、传送设备、反映处理设备及他们的电气控制和自动控制、操作装置，以下把这些设备统称生产装置性设备。反映这些设备运行状态共有上万个监视测点，由测量装置性设备通过信号测量、信号转化、信号传送、信号显示和处理，来控制设备运行状态，给运行操作人员提供设备运行状态的信息和进行设备操作的依据。

目前电力系统自动化控制技术已经相当成熟，计算机技术在控制方面发挥了显著的作用，但是对运行参数的自动分析和报警功能还没有得到充分的开发。无论是常规的光字牌报警，还是DCS的计算机报警，仍旧使用过去的报警原理和整定方法，无法对参数异常变化作出早期预测报警，更不能对参数的短期变化趋势作出报警，计算机技术的优势在参数报警方面没有得到充分的体现。

无论是常规的光字牌报警，还是现有的DCS报警，其报警原理如下：对某一运行参数设置一个或多个固定的上限和下限，当参数实际值超过设定的上(下)限时，在光字牌或DCS上发出报警，提醒运行人员。当整定值与实际值偏差较小时，可能会导致频繁报警，报警的可信度降低；当整定值与实际值偏差较大时，不能在参数异常变化的第一时间内发出报警，报警的及时性得不到保证。

为了避免频繁报警，实际情况是，报警参数整定值与实际值偏差较大，不能做到及早报警，基于这种原理的常规报警方式具有如下缺点：整定值固定、整定值与实际值偏离较大，无法作出参数趋势报警，一次报警动作后，失去再次报警功能；修改整定值手续烦琐；报警出现后需要人工干预复位；光字牌报警扩展能力有限，成本较高。

与生产装置性设备一样，对于测量装置性设备来说，它也存在出现异常和故障的可能性。在汽轮发电机组运行时，当某一运行参数发生越限报警后，是生产装置性故障，还是测量装置性设备发生的故障，在目前的报警方式中尚不能进行识别。

由于报警方式相对落后，目前发电厂运行监盘质量的好坏主要还是依靠运行人员的业务素质、责任感、精神状态等因素，光字牌在运行监视过程中仍旧在起着重要的作用，这样在一定程度上影响到了机组的安全运行。

【发明内容】

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，利用PI实时数据库系统达到报警及时准确并能识别故障装置类型的目的。

为此，本发明采用以下技术方案：发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，其特征在于：通过生产实时系统连接汽轮发电机组，将组成汽轮发电机组的各设备群组分为生产装置性设备和测量装置性设备二类，当这二类设备发生故障时，根据设备参数变化的规律，进行分类报警和识别。生产实时系统采用PI实时数据库系统，PI用于工厂数据的自动采集、存贮和监视。作为大型实时数据库和历史数据库，PI可在线存贮每个工艺过程点的多年数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。PI在业务管理和实时生产之间起到桥梁作用。能对来自运行机组DCS系统和其它生产过程监控系统的信息进行实时加工处理，为生产管理人员提供现场生产状况信息，并能为生产管理提供各种实时检测、分析的手段。系统所监控的电力生产过程的数据，包括DCS、DEH、电气SCADA系统和PCL程控系统，以及通过以太网接入外围系统的监控参数，可完整的反映电力生产的实时状态。

生产装置性设备的有关参数的变化，反映的是电力生产实现过程(流程)的一组参数的理化特性(力学、传热学、光学、化学、电学等学科)综合变化的规律，通过测量装置性设备实现单一参数测量，其规律基本属电学单一学科范围，二者分属不同的学科，其故障特征有着不同学科的特殊规律，是有明显的区别：

1)相对变化幅度不同：

生产装置性设备发生故障时，有关参数的相对变化幅度小。测量装置性设备发生故障时，该参数的相对变化幅度很大，例如：当测量系统断路、短路或接触不良时，信号会大幅度阶跃跳变。

2)变化周期(频率)不同

生产装置性设备发生故障时，一般不会出现周期性变化，如不进行人工干预，一般是不可逆的。如进行人工干预，它会回落到正常的范围内，不会呈周期性变化。

测量装置性设备故障虽然没有明显有规律的周期性变化，但其变化频率极高(当测量系统接触不良和外界干扰时，信号会出现高频)，变化周期可能呈不稳定变化(当测量系统接触不良时，可能是不稳定的脉冲式大幅度跳变)，也可能呈周期性变化(当外界干扰时，信号会出现与干扰源同周期的变化)。

3)变化速率不同

生产装置性设备发生故障时，相对变化速率较慢。其变化速率从理论上应该是可以对不同故障情况进行计算或模拟。也可以根据各种汽轮发电机组轴承故障发生的历史数据、资料，对各种类型轴承的故障进行分类统计归纳，一般来说，其故障状态下温升的数量级，可能是以℃/分钟来衡量。

测量装置性设备故障变化速率快，与前者相比相差的根本不是一二个数量级偏差的问题，可能是以℃/毫秒(或微秒)来衡量，甚至是光电速度。

4)相关参数变化

生产装置性设备发生故障时，往往会伴有其他参数的变化。比如轴承发生故障时，轴承金属温度、轴承回油温度、轴承振动等等参数，会随轴承故障的发生同时出现。

当测量装置性设备发生故障时，几乎不可能会伴有其他故障同时出现。

5)规律性不同

生产装置性设备发生故障和测量装置性设备发生故障的规律是不同的。例如汽轮发电机组轴承故障，根据国内外各种汽轮发电机组轴承故障发生的历史数据、资料，以及本公司历史上所发生的几起轴承故障的经验，从温度变化的趋势上可以明显看出，轴承发生故障和测量系统发生故障，其温度的变化规律是完全不同的。

根据上述规律来区分识别生产装置性设备和测量装置性设备。

将各设备所取得的参数分为：

1)随负荷规则变化的参数，如调节级压力、总煤量等；

2)随负荷恒定的参数，如密封油氢差压、风机轴承温度等；

3)非随负荷规则变化参数，不随负荷变化，但呈现其他规则的或没有规则的变化，如磨煤机出口温度、主蒸汽温度等。

所述的分类报警包括：

1)区间报警，对某些参数设置区间报警，它的原理与常规报警方式原理基本一致，但也有所不同。对某一运行参数设置一组固定的上、下限和一个偏差量，当参数实际值超过设定的上(下)限时，在报警辅助系统上发出一次报警，同时，根据偏差量的大小，重新计算出一个上、下限，为参数继续异常变化的再一次报警作准备，并且根据上述相同原理，可以实现类似多次报警，这样报警定值就能够实现动态变化了。

2)参数关联报警，根据各参数及各测点关系设置关联报警值和一个偏差量，一次报警后，根据偏差量重新计算出一个新的关联报警值。即表示两个或两个以上的参数相互关系的一种报警，这些参数可以是同一参数的不同测点或者是同一系统内部有一定关系的不同参数。如汽包水位有三个信号：LQ0904、LQ0905、LQ0906，它们之间的关系应该是比较接近，不能偏差太大，在系统内部规定，三者的最大值与最小值的差大于80mm时发出第一次报警，与区间报警类似，参数关联报警也设置了一个偏差量，一次报警后，重新计算出一个新的关联报警值，如汽包水位的偏差量为20mm，即第二次报警的整定值为100mm，这样就可以连续监视汽包水位的偏差情况了。再如：再热器出口总管至中压主汽门前有2个压力测点，分别代表锅炉侧和汽机侧的压力，在软件内部规定：锅炉侧压力减去汽机侧压力大于0.15Mpa时报警，这样的话若水压试验逆止门发生故障时，软件会在第一时间内发出报警。

又如：轴承发生故障时，轴承金属温度、轴承回油温度、轴承振动等等参数，会随轴承故障的发生同时出现。把这些参数相关联，可进行轴承故障还是轴承金属温度测量故障的报警和识别。

3)动态限额报警，对所述的随负荷恒定的参数，虽说这些参数随负荷的变化范围不大，例如各风机、主机和小机的轴承温度等，但是从长期来看，要整定一个固定的限额还是不能做到的。整定的太高，报警的灵敏性下降了；整定的太低，报警的可信度也下降了。同时考虑到环境温度的变化，设置一个固定的限额更不可能实现。针对上述问题，系统设置了一种动态限额报警：即在软件刚启动时执行对这些参数上下限的初始化过程，根据参数的当前值和设计的偏差量，自动设置这些参数的上下限，在监测过程中，若发生超过限额时，在发出报警的同时，系统自动将该参数的上下限再次进行调整，为下一次报警作准备。例如，某风机的轴承温度当前值为65℃，系统初始化时将它的上下限设置为70℃和60℃(这个整定的偏差量根据该参数的历史变化规律取得，一般的变负荷不会发生报警，同时每个参数的偏差量也会有很大差异)，当该风机的轴承温度超过70℃时发出报警，同时，将该温度的上下限重新整定为75℃和65℃，为下一次报警作好准备。

4)变化速率报警，根据生产实时系统参数的变化规律，连续变化的实际参数曲线在生产实时系统中反映出来的是一条连续的折线。参数通过采样后，相当于电子电路中滤波电路一样，反映出来的是一条呈垂直阶跃变化的折线。在等间隔采样这一条件下，这一阶跃量反映的就是参数的变化速率，参数稳定时阶跃量为零，阶跃绝对值的大小反映的是参数变化(上升或下降)的速率。参数变化速率报警就是通过对阶跃值与设定值的比较来实现的。当某参数的一个阶跃值大于设定计值，则系统发出报警，若以后该参数的阶跃值再次大于设定值，则系统再次发出报警。

5)变化加速率报警，若参数每次的阶跃值在不断增大，通过测算阶跃值的变化规律来实现；

6)开关量报警，当设备开关量信号发生变化，信号由1变为0或者0变为1时，系统发出相应的报警信息；

7)高低限报警，将参数的动态限额报警屏蔽，并增大报警限额。在辅机启动阶段，该辅机的轴承温度呈现出一个渐行向上的相当长的过程，在2到3小时后达到稳定。这时若采用动态限额报警会导致系统频繁报警，干扰了运行人员的注意力。系统采用了另外一种报警方式，就是高低限报警：系统将这部分参数的动态限额报警屏蔽，使用相对较高定值的报警方法，这样可以在辅机启动阶段轴承温度异常变化时得到有效地监控。

有益效果：

1)在参数报警的第一时间提供故障初步识别的意见，可帮助运行人员在生产装置性设备故障还是测量装置性设备故障方面做出初步判断，以做出正确的反应(复归、不处理、报告、继续监视、检查、调整、紧急处理等等)，提高监盘质量，有利于发电机组安全运行。

2)具备接班自动检查功能：接班检查正常启动报警系统后，超出设定范围的参数会立即报警，以供检查；

3)监测数据量大：单台机组连续监测数据近1500个，基本包括了机组运行过程中日常用到的所有参数；

4)反应迅速：生产实时系统的参数一发生符合判断条件的变化后，程序最长在20秒内动作报警，以提醒运行人员，可大大减轻运行人员的劳动强度，提高监盘质量；

5)根据运行参数的特点，本系统分别设置七种报警方式，最大限度的做到早报警、早发现、早处理；

6)与常规报警相比，该报警辅助系统动作值与实际值偏差明显偏低，约为原偏差的15-25％左右，动作时间明显提前，且涵盖了大量以前所没有的报警条目。

【附图说明】

图1为本发明一参数真实变化原理图；

图2为图1参数的生产实时系统参数变化曲线图；

图3为图1参数的报警辅助系统参数采样曲线图。

【具体实施方式】

发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，先通过生产实时系统扫描汽轮发电机组各设备参数，如包括一号机组、二号机组、煤场、化控、灰控、消防等。将组成汽轮发电机组的各设备群组分为生产装置性设备和测量装置性设备二类，当这二类设备发生故障时，根据设备参数变化的规律，进行分类报警和识别。

将所有可用参数分成三大类：

1)随负荷规则变化的参数，如调节级压力、总煤量等；

2)随负荷基本恒定的参数，如密封油氢差压、风机轴承温度等；

3)不随负荷变化，但呈现其他规则的或没有规则的变化，如磨煤机出口温度、主蒸汽温度等。

针对以上三大类参数，结合生产实时系统的特点和具体的监控要求，本发明分别设置七种报警：

1)区间报警：

对某些参数设置区间报警，它的原理与常规报警方式原理基本一致，但也有所不同。对某一运行参数设置一组固定的上、下限和一个偏差量，当参数实际值超过设定的上(下)限时，在报警辅助系统上发出一次报警，同时，根据偏差量的大小，重新计算出一个上、下限，为参数继续异常变化的再一次报警作准备，并且根据上述相同原理，可以实现类似多次报警，这样报警定值就能够实现动态变化了。

2)参数关联报警：

即表示两个或两个以上的参数相互关系的一种报警，这些参数可以是同一参数的不同测点或者是同一系统内部有一定关系的不同参数。如汽包水位有三个信号：LQ0904、LQ0905、LQ0906，它们之间的关系应该是比较接近，不能偏差太大，在系统内部规定，三者的最大值与最小值的差大于80mm时发出第一次报警，与区间报警类似，参数关联报警也设置了一个偏差量，一次报警后，重新计算出一个新的关联报警值，如汽包水位的偏差量为20mm，即第二次报警的整定值为100mm，这样就可以连续监视汽包水位的偏差情况了。再如：再热器出口总管至中压主汽门前有2个压力测点，分别代表锅炉侧和汽机侧的压力，在软件内部规定：锅炉侧压力减去汽机侧压力大于0.15Mpa时报警，这样的话若水压试验逆止门发生故障时，软件会在第一时间内发出报警。

又如：轴承发生故障时，轴承金属温度、轴承回油温度、轴承振动等等参数，会随轴承故障的发生同时出现。把这些参数相关联，可进行轴承故障还是轴承金属温度测量故障的报警和识别。

3)动态限额报警：

针对上面三大类参数的第二类参数，虽说这些参数随负荷的变化范围不大，例如各风机、主机和小机的轴承温度等，但是从长期来看，要整定一个固定的限额还是不能做到的。整定的太高，报警的灵敏性下降了；整定的太低，报警的可信度也下降了。同时考虑到环境温度的变化，设置一个固定的限额更不可能实现。针对上述问题，系统设置了一种动态限额报警：即在软件刚启动时执行对这些参数上下限的初始化过程，根据参数的当前值和设计的偏差量，自动设置这些参数的上下限，在监测过程中，若发生超过限额时，在发出报警的同时，系统自动将该参数的上下限再次进行调整，为下一次报警作准备。例如，某风机的轴承温度当前值为65℃，系统初始化时将它的上下限设置为70℃和60℃(这个整定的偏差量根据该参数的历史变化规律取得，一般的变负荷不会发生报警，同时每个参数的偏差量也会有很大差异)，当该风机的轴承温度超过70℃时发出报警，同时，将该温度的上下限重新整定为75℃和65℃，为下一次报警作好准备。

4)变化速率报警：

根据生产实时系统参数的变化规律，连续变化的实际参数曲线在生产实时系统中反映出来的是一条连续的折线，见图1、图2、图3。而通过软件20秒一次采样以后，相当于电子电路中滤波电路一样，反映出来的是一条呈垂直阶跃变化的折线。在等间隔采样这一条件下，这一阶跃量反映的就是参数的变化速率，参数稳定时阶跃量为零，阶跃绝对值的大小反映的是参数变化(上升或下降)的速率。参数变化速率报警就是通过对阶跃值与设定值的比较来实现的。当某参数的一个阶跃值大于设定计值，则系统发出报警，若以后该参数的阶跃值再次大于设定值，则系统再次发出报警。

5)变化加速率报警：

当某一参数呈加速变化趋势时，在生产实时系统参数反映出的是，每次的阶跃值在不断增大，通过对阶跃值的变化规律，可实现参数变化的加速率报警。

6)开关量报警：

在生产实时系统中，有许多设备的开关量信号，当设备开关量信号发生变化，即信号由1变为0或者0变为1时，系统发出相应的报警信息。

7)高(低)限报警：

在辅机启动阶段，该辅机的轴承温度呈现出一个渐行向上的相当长的过程，在2到3小时后达到稳定。这时若采用动态限额报警会导致系统频繁报警，干扰了运行人员的注意力。系统采用了另外一种报警方式，就是高限报警：系统将这部分参数的动态限额报警屏蔽，使用相对较高定值的报警方法，这样可以在辅机启动阶段轴承温度异常变化时得到有效地监控。

生产装置性设备发生故障和测量装置性设备故障的初步识别包括：

1)通过参数关联报警进行故障的初步识别：

例如：把轴承金属温度、轴承回油温度、轴承振动等参数设置为关联报警，当这些参数同时变化时，可初步识别为轴承故障，若只有单一参数发生变化，而其他参数没有变化，再结合是否发生阶跃报警，可初步识别为轴承金属温度测量故障。

2)通过变化速率报警和变化加速率报警进行故障的初步识别：

根据生产装置性设备发生故障和测量装置性设备故障变化时，相对变化速率差别较大的特点，进行故障的初步识别。例如，当出现大幅度阶跃的速度报警，之后又没有出现新的速度报警，而没有关联参数变化，可初步识别为测量故障，(如测量元件开路后，一般不会自动恢复，在以后的时间内是不会出现新的报警的)。

如出现幅度不大的报警并能够持续出现，且有关联报警，可初步识别为生产装置性设备故障。当出现变化加速率报警时，可能设备劣化趋势加速，可提高报警级别进行提示。

3)其他组合方式进行故障的初步识别：

根据发电机组各单元、各系统的不同特点，综合分析之后，通过本发明的报警方式可进行多种组合，以实现故障的初步识别。

根据本发明的上述设计思路，具体实施步骤如下：根据运行参数分类特点，将生产实时系统相关参数分别引入EXCEL相应的特征区域当中，针对不同的特征区域，分别编制不同的程序模块。系统内部设置一个时钟程序，每20秒种对近1500个参数刷新一次，随后执行比较程序，当条件满足时，发出声音报警，并在报警输出页面输出有关报警信息。当到达报警设定条件时，所有参数只发出一次报警，避免重复报警，同时，自动改变该参数的设定值，以实现该参数继续异常变化时的再次报警；当条件失去时，系统自动复位，为下一次报警作准备，无须人工干预。由于报警设计原理的不同和各参数在生产实时系统内部不同的表现，参数关联报警、阶跃报警存在误报警和不报警的可能性，对于这一缺陷，系统尽量利用内部设置或其他报警方法予以实现。

考虑到报警的灵敏性和可信度的矛盾关系，在某些情况下，系统内部故意设置部分报警死区，避免频繁性报警，以提高系统可信度，但能够保证死区尽可能小，并且，设置后备监控以提高报警的可靠性。我用“监控参数个数*监控时间＝监控效果”来衡量实际的监控效果。系统实际的报警死区可以缩小到不到2％的参数在不到5％的时间内失去第一道监控，其余全部参数时间乘积均在监控范围内。即只有0.1％的参数时间乘积死区，而99.9％的参数时间乘积可以得到有效监控，如算上后备监控，则100％的参数时间乘积均能得到监控。

Claims (4)

1、发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，其特征在于：通过生产实时系统连接汽轮发电机组，将组成汽轮发电机组的各设备群组分为生产装置性设备和测量装置性设备二类，当这二类设备发生故障时，根据设备参数变化的规律，进行分类报警和识别。

2、根据权利要求1所述的发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，其特征在于：根据参数的相对变化幅度、变化周期、变化速率和相关参数变化来识别生产装置性设备和测量装置性设备。

3、根据权利要求1所述的发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，其特征在于：将各设备所取得的参数分为随负荷规则变化的参数、随负荷恒定的参数和非随负荷规则变化参数。

4、根据权利要求3所述的发电厂生产实时参数分类报警和识别辅助方法，其特征在于所述的分类报警包括：

1)区间报警，对运行参数设置一组固定的上、下限和一个偏差量，当参数实际值超过设定的上、下限时，采用报警系统上发出一次报警，同时，根据偏差量的大小，重新计算出一个上、下限，为参数继续异常变化的再一次报警作准备；

2)参数关联报警，根据各参数及各测点关系设置关联报警值和一个偏差量，一次报警后，根据偏差量重新计算出一个新的关联报警值；

3)动态限额报警，对所述的随负荷恒定的参数，先对这些参数上下限进行初始化，根据参数的当前值和设计的偏差量，自动设置这些参数的上下限，在监测过程中，若发生超过限额时，在发出报警的同时，系统自动将该参数的上下限再次进行调整，为下一次报警作准备；

4)变化速率报警，当运行参数的一个阶跃值大于设定值时，系统发出报警，若以后该参数的阶跃值再次大于设定值，则系统再次发出报警；

5)变化加速率报警，若参数每次的阶跃值在不断增大，通过测算阶跃值的变化规律来实现；

6)开关量报警，当设备开关量信号发生变化，信号由1变为0或者0变为1时，系统发出相应的报警信息；

7)高低限报警，将参数的动态限额报警屏蔽，并增大报警限额。

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