CN101649757B - 汽轮发电机组启停监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机组启停监控系统。本发明基于现有电厂DCS，避开现场设备各厂家的技术行业壁垒，该监控系统通过监控终端直接建立与现场一次元件的连接，并在一个监控终端上显示出来，对各系统参量进行有效监控，并区分报警优先级，方便运行人员进行后续操作，有效的保障设备与人身安全。

Description

汽轮发电机组启停监控系统

(一)技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机组启停监控系统，具体地，涉及一种基于现有电站DCS的监控系统，适用于汽轮发电机组，尤其是大型机组启动、停机以及升降负荷过程中的设备与技术参数的监制系统。

(二)背景技术

汽轮发电机组启动过程一般包括蒸汽管道暖管及前期准备、冲动转子暖机升速、定速、并列带负荷等阶段。蒸汽管道暖管及前期准备：冷态的蒸汽管道被高温高压的新蒸汽加热到与新蒸汽同温同压的状态称为蒸汽管道暖管。在暖管过程中，可以进行启动前的准备，如：凝汽器通循环水，启动凝结水泵，抽真空，送轴封，检查润滑油系统，启动盘车连续运转等。冲动转子暖机升速：冲动转子一般使用调门或电动主闸门(或其旁路门)，这根据汽机调速系统的不同来选择。冲动转子后控制转子转速分别进行低，中，高速暖机。暖机过程中严格控制汽缸壁温升，上下缸，内外缸，法兰，螺栓等处温差。一般控制温升在1-2℃/min，温差在30-50℃内。定速并列带负荷：汽机转速3000r/min定速，电气进行并列操作，机组并列，带负荷暖机。带负荷暖机过程中仍应严格控制各处温升及温差等参数。随缸温升高，机组接带负荷至额定出力。大容量汽轮发电机组的整个启动过程短则五六个小时，多则十数个小时，启动过程很长，比如装机容量为300MW的汽轮机组其启动过程一般约需8小时，每次启动成本非常高，约150万元，因此一旦启动失败，会造成比较大的经济损失。

随着发电机组容量的不断增大，与之配套的辅助设备的功率也越来越大，形成了越来越庞杂的辅助系统，机组启停一次的消耗越来越大；另一方面，与之相应的影响发电机组正常运转的参量数量庞大，而现在的DCS厂家和监控画面设计者把上述参量分组在多个监控屏中实施监控，启动过程中常常是多个参量报警，究竟哪个更需要及时处理并不好区分，往往需要技术人员现场决策；加之各参量变化速度比较快，常常导致现场人员顾此失彼，为了及时准确的监控这些参数，电厂往往安排专人专机不断地翻阅各分系统画面，这不仅增加了人员、设备，还增加了工作量，并且也会因此耽误了系统的启停进程，甚至会导致启动失败或者发生事故。另外， 也可能会因为人员安排不合理，造成监控重叠，或者因时间紧迫造成人为操作失误。

造成上述问题的关键在于现有电厂的DCS系统是基于不同生产厂家的监控设备和系统，受限于软硬件限制，监控终端到现在为止还没有实现有效地整合。

(三)发明内容

因此，本发明为了克服现在分系统监控画面不能有效区分汽轮机发电机组启停过程中各参量报警的急重程度而可能导致启动失败的问题，提供了仅需要一个监控屏的汽轮发电机组启停监控系统，对各系统参量进行有效监控，并区分报警优先级，方便运行人员进行后续操作，有效的保障设备与人身安全。

本发明采用以下技术方案：

该发明汽轮发电机组启停监控系统，其包括用于采集现场参量的一次元件，用于把上述参量转换为控制机能够处理数据的卡件和将上述数据经DCS组态软件组态成监控界面的监控终端，以及用于存储相应参量数据的DCS数据库，其特征在于：所述DCS数据库还存储有每个参量报警故障的预诊断结果和原因预测信息；所述监控终端为一台工控机，且在其监控界面设有DEH、EH、润滑油分菜单项，以组态分菜单项与相应监控分系统及其参量实时数据显示，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

全程控制参量区，以组态全程控制参量，每个全程控制参量至少包含数据区，并组态数据溢出报警及DCS数据库相应模块的链接，且组态数据区与对应设备的控制端以对相应设备实施操作；

轴系图形模块区，以组态汽轮机组实际配置的各轴轴振、瓦振、瓦温和回油温度参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

转子过程参量区，以组态转子过程参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

汽门开度参量区，以组态汽门开度，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，以及其数据区与汽门开度控制端的链接以对其实施操作；

过程参量列表区，以组态机组启停过程中变化速度快和/或与设备安全攸关和/或统计故障率高的参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应 模块的链接；

关键设备图形显示区，以组态汽轮发电机组启停过程中所需要的关键辅助设备，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，以及数据区与对应设备控制端的链接以对其实施操作；

监控设备总菜单项与专业报警菜单项，以组态除上述主要设备之外的设备，并组态机、炉、电、化各专业的数据溢出总报警及报警态下的菜单响应展开功能。

上述汽轮发电机组启停监控系统，所述参量数据显示均含有名称区、数据区和单位区，并通过与DCS数据库链接而相应组态，实现参量运行上下限查询、参量实时显示和该参量在此工况下的运行建议或指导并在参数报警状态下进行原因预测形成故障的预诊断结果。

所述卡件为连接就地一次测量元件的AI、DI卡件，对实时处理后的数据至多3秒钟向汽轮发电机组启停监控系统网络层广播一次。

所述转子过程参量区位于监控界面中心位置，并利用DCS棒形图组态模块组态转子转速、升降率、偏心和轴向位移，并组态转子临界转速区图示。

所述专业报警菜单项，通过虚拟光字牌报警方式实现机、炉、电、化各专业的分级报警。

上述汽轮发电机组启停监控系统，所述参量数据实时存入DCS数据库，并绘制时间-数据趋势图，并根据当前数据用区别于趋势图曲线颜色的线自动生成预曲线，以供调用。

根据本发明技术方案的汽轮发电机组启停监控系统，重在解决汽轮发电机组现场设备庞杂，控制系统不相兼容的问题，直接采用了DCS现场组件所采集的模拟量和逻辑量，从而避开了各系统监控部分所受到的计算机型式、DCS厂家、数据连接和查询方式的限制，使得把所有现场各参量整合在一个监控终端上成为可能。

进而，经过长期的监控对象的筛选和理论分析，将汽轮发电机组启动监控对象进行分类，将一些主要的监控对象的参量直接予以显示，其他辅助性的对机组启停过程影响较小的监控对象则用总菜单项方式显示，对后者利用DCS组态软件予以逐级组态，通过组态各专业分系统并提取该专业分系统最高报警等级的方式，形成专业分系统的报警，即所说的监控分系统报警：设置专业报警菜单项，通过虚拟光字牌报警方式实现机、炉、电、 化各专业的分级报警。该报警方式占用空间小，并可以通过逐级查询来寻踪各级报警点，综上便实现了从单一系统监控到全系统监控、从单一的参数监视到能够对主要参量和重要设备进行实时监控、提供紧急状态情况时的运行操作建议、提供故障预报警及预诊断等多功能于一体的机组启停监控系统并充分利用了电厂现有的DCS资源。

进一步地，对于其中所说的预诊断结果和原因预测分析，就是通过组态将其加入到DCS中来，实现对其调用的目的。所涉及技术信息提前输入到DCS数据库，利用报警数据的线性调用实现其在相应数据报警状态下的相应诊断信息供操作人员参考，防止操作人员因慌乱而造成误操作，大大减小了人为故障的概率。

汽轮机组全程控制包括主、再汽温度和压力机组负荷、真空、蒸汽过热度等20多个关键技术参量，虽参量数目较少，但其对机组启动具有很大的影响，需要重点监控。其显示的名称、实时数值和单位占用空间并不大，便于整合。且利用组态软件提供的对控制参量的直接控制端口可通过对数据区的实时修改，完成对现场设备在相应状态下的合理控制，响应速度快，再结合上述预报警和预诊断功能，可以快速准确地处理故障，防止其进一步恶化。

轴系图形模块区，可以直观、简洁的将高、中、低压缸及其转子，发电机及其转子、集电环及其转子的包括轴承的X、Y向以及负荷振动幅值、轴瓦温度及轴瓦回油温度等轴系参量显示出来。由于上述所有数据均引自AI卡件，该卡件又与就地测点一一对应，因而保证了数据和监控的真实性和实时性。

那么，对于转子过程参量，公知的，其包含了转速、升速率、偏心、轴向位移四个基本参量，它们直接描述了汽轮机组的运行状况，尤其是转速，需要对其进行重点监控。

汽门开度不仅需要实时的监控，还要能够对其直接操作，以便于获得较佳的汽门开度。而对于机组启停过程中变化速度快和/或与设备安全攸关和/或统计故障率高的参量也需要重点监控。上面所提到的诸如变化速度快等的定性描述，目前在汽轮机组启停过程中都有一个较统一的认识。而对于一些关键设备，也就是直接影响到汽轮机组启动失败或者成功的设备，比如汽轮机交流润滑油泵，亦需要特别监控。

这样，就可以将汽轮机组现场监控整合在一个监控终端上，各上述主要的监控参量可分别报警，而其余的则输出一个总报警，便于报警点的查找和报警级别的区分，所需操作人员少，查找故障速度快。

(四)附图说明

下面结合说明书附图来具体说明一下本发明，其中：

图1为本发明汽轮发电机组启停监控系统的一种结构框图。

图2为上述汽轮发电机组启停监控系统的监视界面布局图。

图中：1、全程控制参量区，2、轴系图形模块区，3、转子过程参量区，4、转子转速参量区，5、过程参量列表区，6、气门开度参量区，7、关键设备图形显示区。

(五)具体实施方式

参照说明书附图1和2，基于本发明技术方案的本实施例汽轮发电机组启停监控系统，其包括用于采集现场参量的一次元件，用于把上述参量转换为控制机能够处理数据的卡件和将上述数据经DCS组态软件组态成监控界面的监控终端，以及用于存储相应参量数据的DCS数据库，其特征在于：所述DCS数据库还存储有每个参量报警故障的预诊断结果和原因预测信息；所述监控终端为一台工控机，且在其监控界面设有DEH、EH、润滑油分菜单项，以组态分菜单项与相应监控分系统及其参量实时数据显示，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

全程控制参量区1，以组态全程控制参量，每个全程控制参量至少包含数据区，并组态数据溢出报警及DCS数据库相应模块的链接，且组态数据区与对应设备的控制端以对相应设备实施操作；

轴系图形模块区2，以组态汽轮机组实际配置的各轴轴振、瓦振、瓦温和回油温度参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

转子过程参量区3，以组态转子过程参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

汽门开度参量区6，以组态汽门开度，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，以及其数据区与汽门开度控制端的链接以对其实施操作；

过程参量列表区5，以组态机组启停过程中变化速度快、和/或与设备安全攸关和/或统计故障率高的参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

关键设备图形显示区7，以组态汽轮发电机组启停过程中所需要的关 键辅助设备，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，以及数据区与对应设备控制端的链接以对其实施操作；

监控设备总菜单项与专业报警菜单项，以组态除上述主要设备之外的设备，并组态机、炉、电、化各专业的数据溢出总报警及报警状态下的菜单响应展开和DCS数据库相应参量的链接。

上述汽轮发电机组启停监控系统，所述参量数据显示均含有名称区、数据区和单位区，并通过与DCS数据库链接而相应组态，实现参量运行上下限查询、参量实时显示和该参量在此工况下的运行建议或指导并在参数报警状态下进行原因预测形成故障的预诊断结果。由于机组运行参量数量庞大，技术人员很难能够准确地记住所有的参量运行允许上下限，故而，能够实现参量运行允许上下限的查询，便于技术人员的参考。而通过上述显示的监控界面上的符号实现上述功能链接，便于操作人员的操作。

为了实时地更新监控终端上的数据，显示所述卡件为连接就地一次测量元件的AI、DI卡件，对实时处理后的数据至多3秒钟向汽轮发电机组启停监控系统网络层广播一次，以获得尽可能准时的现场参量数据。

所述转子过程参量区位于监控界面中心位置，并利用DCS棒形图组态模块组态转子转速、升降率、偏心和轴向位移，并组态转子临界转速区图示。棒形图本身可根据转速的实时数值进行连续填充，形象的指示出转速大小和所到达的关键监控点(如转子临界、阀门切换)。组态转子临界转速区图示，便于操作人员监控。

所述监控其余设备或系统的总菜单通过点击展开方式进行操作，便于逐级展开监控总菜单下的各分系统。所述专业报警菜单项，通过虚拟光字牌报警方式实现机、炉、电、化各专业的分级报警。

上述汽轮发电机组启停监控系统，所述参量数据实时存入DCS数据库，并绘制时间-数据趋势图，并根据当前数据用区别于趋势图曲线颜色的线自动生成预曲线，以供调用。采用图示的方法容易让技术人员更好的理解相应参数的变化趋势，以便判断。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机组启停监控系统，其包括用于采集现场参量的一次元件，用于把上述参量转换为控制机能够处理数据的卡件和将上述数据经DCS组态软件组态成监控界面的监控终端，以及用于存储相应参量数据的DCS数据库，其特征在于：所述DCS数据库还存储有每个参量报警故障的预诊断结果和原因预测信息；所述监控终端为一台工控机，且在其监控界面设有DEH、EH、润滑油分菜单项，以组态分菜单项与相应监控分系统及其参量实时数据显示，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；所述监控界面还设有：

全程控制参量区，以组态全程控制参量，每个全程控制参量至少包含数据区，并组态数据溢出报警及DCS数据库相应模块的链接，且组态数据区与对应设备的控制端以对相应设备实施操作；

轴系图形模块区，以组态汽轮机组实际配置的各轴轴振、瓦振、瓦温和回油温度参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

转子过程参量区，以组态转子过程参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

汽门开度参量区，以组态汽门开度，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，以及其数据区与汽门开度控制端的链接以对其实施操作；

过程参量列表区，以组态机组启停过程中变化速度快、与设备安全攸关和/或统计故障率高的参量，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接；

关键设备图形显示区，以组态汽轮发电机组启停过程中所需要的关键辅助设备，并组态数据溢出报警和DCS数据库相应模块的链接，及数据区与对应设备控制端的链接以对其实施操作；以及

监控设备总菜单项与专业报警菜单项，以组态除上述全程控制参量区、轴系图形模块区、转子过程参量区、汽门开度参量区、过程参量列表区和关键设备图形显示区对应的主要设备之外的设备，并组态机、炉、电、化各专业的数据溢出总报警及报警态下的菜单响应展开功能。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组启停监控系统，其特征在于：所述参量数据显示均含有名称区、数据区和单位区，并通过与DCS数据库链接而相应组态，实现参量运行上下限查询、参量实时显示和该参量在此工况下的运行建议或指导并在参数报警状态下进行原因预测形成故障的预诊断结果。

3.根据权利要求1所述的汽轮发电机组启停监控系统，其特征在于：所述卡件为连接就地一次测量元件的AI、DI卡件，对实时处理后的数据至多3秒钟向汽轮发电机组启停监控系统网络层广播一次。

4.根据权利要求1所述的汽轮发电机组启停监控系统，其特征在于：所述转子过程参量区位于监控界面中心位置，并利用DCS棒形图组态模块组态转子转速、升降率、偏心和轴向位移，并组态转子临界转速区图示。

5.根据权利要求1所述的汽轮发电机组启停监控系统，其特征在于：所述专业报警菜单项，通过虚拟光字牌报警方式实现机、炉、电、化各专业的分级报警。

6.根据权利要1至5之一所述的汽轮发电机组启停监控系统，其特征在于：所述参量数据实时存入DCS数据库，并绘制时间-数据趋势图，并根据当前数据用区别于趋势图曲线颜色的线自动生成预曲线，以供调用。

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