CN108708773A - 一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置。方法包括：首先，从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据；然后，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。本发明直接在SIS系统实时数据库中获得运行参数，在BCT101系统数据库中获得振动数据，无需另外设置硬件传感器和处理电路获取数据，简化了硬件结构，提高了数据获取的精度和速度，通过运行参数和振动数据对故障进行综合判断，实现了汽轮机故障的准确快速判断。

Description

一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及汽轮机应用领域，特别涉及一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置。

背景技术

汽轮机作为火电厂运营关键设备之一，长期工作在高温、高压蒸汽环境中，属于高转速重型设备。一旦发生汽轮机进水或冷蒸汽事故，由于高温金属部件遇冷急剧收缩，导致热变形，引起转子弯曲、动静间隙消失等，将造成机组强烈振动、跳机甚至严重的设备损坏。

汽轮机进水、冷蒸汽引起的事故，早在20世纪50年代后期，BBC公司生产的汽轮机上就发生过两起，并且由于进水事故造成汽缸变形、叶片碰磨。从美国GE公司对1969年发生的各种汽轮机事故的统计表明，在各种事故中，因汽轮机进水所造成的机组被迫停机的次数最多，有11台汽轮机进水，占全部被迫停机小时数的27％。实际上，由于许多汽轮机进水事故，没有报道或者没有检测出来，汽轮机发生进水的情况更严重。

国内投产的汽轮发电机组，也多次发生过汽轮机进水事故。据统计，东北电网自1973年1月至1984年12月，朝阳、新华、清河等电厂的5台200MW机组曾先后发生过7次大轴弯曲事故，占当时东北电网已投产13台机组的38.5％。

虽然汽轮机运行规程对预防进水或冷蒸汽事故有较为严格的规定，例如，当主、再热蒸汽温度下降至430℃或者10min内急剧下降达50℃以上时，应立即停机。但由于事故现场运行人员的主观因素，很难掌握“10min”和“50℃”这些技术指标。此外，由于引起大型汽轮机进水或冷蒸汽事故的原因很多，运行人员很难根据大量的实时信息，在事故发生之前短时间内确认汽轮机进水或冷蒸汽结论。因此，如何实现汽轮机故障的准确快速判断成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置，以实现汽轮机故障的准确快速判断。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种汽轮机故障诊断方法，所述故障诊断方法包括如下步骤：

从SIS(Safety Instrumented System)系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；

从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据；

根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。

可选的，所述根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，具体包括：

确定汽轮机的典型故障；

确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；

根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。

可选的，所述典型故障包括锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

可选的，所述根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果之后，还包括：

根据所述诊断结果确定故障处置方式。

一种汽轮机故障诊断系统，所述故障诊断系统包括：

运行参数获取模块，用于从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；

振动数据获取模块，用于从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据；

诊断模块，用于根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。

可选的，所述诊断模块，具体包括：

典型故障确定子模块，用于确定汽轮机的典型故障；

典型故障特征集获取子模块，用于确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；

诊断结果确定子模块，用于根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。

可选的，所述典型故障确定子模块确定的所述典型故障包括：锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

可选的，所述故障诊断系统，还包括：

故障处置建议模块，用于根据所述诊断结果确定故障处置方式。

一种汽轮机故障诊断装置，所述故障诊断装置包括：

SIS系统实时数据存储系统、BCT101系统数据存储系统、通信系统、服务器和用户输出端；所述服务器中包括所述故障诊断系统；

所述SIS系统实时数据存储系统通过所述通信系统与所述服务器连接，所述SIS系统实时数据存储系统用于存储SIS系统实时数据库；

所述BCT101系统数据存储系统通过所述通信系统与所述服务器连接，所述BCT101系统数据存储系统用于存储BCT101系统数据库；

所述服务器与所述用户输出端连接，所述服务器用于采用所述故障诊断系统通过所述通信系统从所述SIS系统实时数据存储系统中获取汽轮机的运行参数，从所述BCT101系统数据存储系统获取汽轮机的振动数据，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，并将所述诊断结果输出给所述用户输出端；

所述用户输出端用于将所述诊断结果展示给用户。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置。方法包括：首先，从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据；然后，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。本发明直接在SIS系统实时数据库中获得运行参数，在BCT101系统数据库中获得振动数据，无需另外设置硬件传感器和处理电路获取数据，简化了硬件结构，提高了数据获取的精度和速度，通过运行参数和振动数据对故障进行综合判断，实现了汽轮机故障的准确快速判断。

本发明还能根据所述诊断结果确定故障处置方式，以使操作人员可以快速地做出处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为专家系统进行主蒸汽温度降低过快故障判断的流程图；

图2为专家系统进行主蒸汽过热度太低故障判断的流程图；

图3为专家系统进行主蒸汽带水故障判断的流程图；

图4为专家系统的功能结构图；

图5为硬件系统的结构图；

图6为本发明提供的一种汽轮机故障诊断方法的流程图；

图7为本发明提供的一种汽轮机故障诊断系统的结构组成图；

图8为本发明提供的一种汽轮机故障诊断装置的结构组成图；

图9为本发明提供的一种汽轮机故障诊断装置的功能结构图；

图10为本发明实现主蒸汽带水或冷蒸汽故障判断的流程图；

图11为本发明实现回热抽气系统进水或冷蒸汽故障判断的流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种汽轮机故障诊断方法、系统及装置，以实现汽轮机故障的准确快速判断。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

一般的大型汽轮机组防进水保护监测诊断系统，包括：专家系统和硬件系统。

专家系统主要用于根据用户提供的数据、信息，运用诊断系统中存储的专家经验或知识进行推理判断，最后得出汽轮机是否进水的结论供电厂运行人员决策之用。专家系统进行主蒸汽温度降低过快故障判断的流程如图1所示；专家系统进行主蒸汽过热度太低故障判断的流程如图2所示；专家系统进行主蒸汽带水故障判断的流程图如图3所示。

如图4所示，该专家系统包括知识库、推理机、综合数据库、解释接口和知识获取模块。

知识库是专家系统的核心之一，主要功能是存储和管理汽轮机进水后应指导运行人员紧急处理的知识，它包括存在的事实、判断条件、遵守的规则、经验以及数学模型。

推理机是一组计算机程序，主要起到在知识之间进行逻辑推理及知识库匹配，并决定控制过程策略的作用。

综合数据库是专家系统中用于存放反映系统当前汽轮机状态的实时数据。

知识获取模块是将专家系统汽轮机运行应遵守的运行规则和专家所掌握的特有经验性知识转化为计算机可以利用的形式并送入知识库功能模块。

硬件系统采用“工控机+测量前端”的形式，其中，信号处理、逻辑运算、画面显示等功能由工控机实现，而温度、压力、功率、转速等信号的采集由测量前端实现。硬件系统的硬件结构如图5所示。

一般的大型汽轮机组防进水保护监测诊断系统存在如下技术缺陷：

用于汽轮机进水判断逻辑仅考虑温度单参数变化，诊断规则缺乏合理且符合现场设备实际情况的全面性考虑，容易发生误诊断；

温度、压力、功率、转速等信号的采集需要通过新增硬件设备才能实现，实施环节繁琐。

针对上述技术缺陷，本发明提供了如下方案：

如图6所示，本发明提供一种汽轮机故障诊断方法，所述故障诊断方法包括如下步骤：

步骤601，从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数。所述运行参数包括：机组转速信号、发电机负荷、主蒸汽温度、主蒸汽管道下壁温度、一段抽气管道上壁温度、一段抽气管道下壁温度、主蒸汽压力和温度等。

步骤602，从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据。所述振动数据包括1x工频振动矢量、1y工频振动矢量、……、9x工频振动矢量、9y工频振动矢量高压缸胀差、低压缸胀差等。

步骤603，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，具体包括：

确定汽轮机的典型故障；确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。所述典型故障包括锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

步骤604，根据所述诊断结果确定故障处置方式。

如图7所示，本发明还提供一种汽轮机故障诊断系统，所述故障诊断系统包括：

运行参数获取模块701，用于从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数。振动数据获取模块702，用于从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据。本发明的运行参数获取模块，通过与SIS系统实时数据库和B/S版BCT101系统数据库数据通讯对接，将汽轮机各类运行参数和振动数据，引入到汽轮机故障诊断系统，转换为计算机语言，通过特征分离提取系统进行不同位置和不同性质的故障特征划分，将典型故障特征在故障评判系统中进行判断，若符合故障发生条件，则输出信号通知运行人员，同时根据各类型的故障特征给出处置建议。

诊断模块703，用于根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。所述诊断模块703，具体包括：典型故障确定子模块，用于确定汽轮机的典型故障；典型故障特征集获取子模块，用于确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；诊断结果确定子模块，用于根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。本发明的诊断模块是对汽轮机组进水或冷汽实现预警的基础，是研究的核心目标。本模块将根据汽轮机侧不同设备不同位置处热电偶测点各时刻的温度变化率和对应转轴振动变化特征作为输入，通过数学计算和变换形成故障特征，并对比专家系统数据进行评判，做定性和定量分析。

所述典型故障确定子模块确定的典型故障包括：锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

故障处置建议模块704，用于根据所述诊断结果确定故障处置方式。本发明的故障处置建议模块基于故障诊断结果，结合汽轮机组运行状态和进水、冷汽的原因进行分析，提出具有针对性的故障处置建议。

如图8所示，本发明还提供了一种汽轮机故障诊断装置，所述故障诊断装置包括：SIS系统实时数据存储系统801、BCT101系统数据存储系统802、通信系统803、服务器804和用户输出端805；所述服务器804中包括故障诊断系统；所述SIS系统实时数据存储系统801通过所述通信系统803与所述服务器804连接，所述SIS系统实时数据存储系统801用于存储SIS系统实时数据库；所述BCT101系统数据存储系统802通过所述通信系统803与所述服务器804连接，所述BCT101系统数据存储系统802用于存储BCT101系统数据库；所述服务器804与所述用户输出端805连接，所述服务器804用于采用所述故障诊断系统通过所述通信系统803从所述SIS系统实时数据存储系统801中获取汽轮机的运行参数，从所述BCT101系统数据存储系统802获取汽轮机的振动数据，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，并将所述诊断结果输出给所述用户输出端805；所述用户输出端805用于将所述诊断结果展示给用户。

如图9所示，本发明的汽轮机故障诊断装置，其服务器804主要的功能为：工艺量、振动量和计算量测点配置；工况配置，用于配置故障诊断规则；综合数据库；数据接口模块。其用户输出端805上设置有显示界面，主要用于进水/冷汽报警，对应的故障处置建议；报警记录查询；报警统计分析。

汽轮机进水故障多发生在机组启停、负荷大幅度变化这些非稳定工况下，根据汽轮机进水/冷汽特征量进行逻辑组态，以最先能反映特征量的作为预警先导。以主蒸汽带水诊断逻辑和一段抽汽管道积水为例，对本发明的技术方案做进一步的说明，其中，主蒸汽带水或冷蒸汽故障判断的流程如图10所示，回热抽气系统进水或冷蒸汽故障判断的流程如图11所示。

本发明的技术方案，考虑了汽轮机相关系统，包括锅炉及主蒸汽系统、再热蒸汽系统、轴封系统、凝汽器真空系统及回热抽汽系统，根据各个系统特点，配置所需的工艺量、振动量、计算量和进水或冷汽故障预警诊断规则；同时考虑在不同的工况下(汽轮机升降速阶段或汽轮机在额定转速或者带负荷阶段)，同一系统、相同的工艺量和振动量变化特征，采取不同的处置措施。

结合上述两方面因素，灵活配置不同系统多种工况下的预警诊断逻辑规则，若某一部位的特征量达到限制，则以时间为基准优先给出进水或冷汽部位，并根据预警系统提供的故障处置数据库给出具有针对性的建议，将其输出在显示界面上，提醒运行人员，在屏幕上形象地显示出进水部位和目前危害程度，保证工作人员能有足够的时间予以控制。

汽轮机进水事故，轻则发生动静碰磨，振动恶化；重则造成汽轮机转子永久弯曲，设备报废，因此，及时智能预警汽轮机进水故障尤为重要，本发明提供的技术方案可有效降低机组非停次数，预防恶性事故发生，提高设备可靠度，延长设备寿命，为电厂和社会带来巨大的经济效益。本发明结合国内外《DL/T834-2003火力发电厂汽轮机防进水和冷蒸汽导则》、《火力发电厂汽轮机防进水和冷蒸汽措施》、《ASME TDP-1-2006发电用蒸汽轮机防水损坏的推荐实施规程(美国标准)》和汽轮发电机组振动故障诊断规则，深入分析汽轮机进水或冷汽的原因，以及汽轮机进水或者冷汽后产生的振动特征，能够识别进水或冷汽特征故障实现智能预警，进而提供处置建议和方法，对于汽轮机组乃至电网的安全稳定运行具有重要的意义和价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种汽轮机故障诊断方法，其特征在于，所述故障诊断方法包括如下步骤：

从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；

从BCT101系统数据库中获取汽轮机的振动数据；

根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，具体包括：

确定汽轮机的典型故障；

确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；

根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。

3.根据权利要求2所述的一种汽轮机故障诊断方法，其特征在于，所述典型故障包括锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果之后，还包括：

根据所述诊断结果确定故障处置方式。

5.一种汽轮机故障诊断系统，其特征在于，所述故障诊断系统包括：

运行参数获取模块，用于从SIS系统实时数据库中获取汽轮机的运行参数；

振动数据获取模块，用于从BCT101系统数据库中获取汽轮机的震动数据；

诊断模块，用于根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果。

6.根据权利要求5所述的一种汽轮机故障诊断系统，其特征在于，所述诊断模块，具体包括：

典型故障确定子模块，用于确定汽轮机的典型故障；

典型故障特征集获取子模块，用于确定每种所述典型故障发生的条件，获得典型故障特征集；

诊断结果确定子模块，用于根据所述运行参数、所述振动数据判断是否满足所述典型故障特征集中任意一种或几种故障发生的条件，获得诊断结果。

7.根据权利要求6所述的一种汽轮机故障诊断系统，其特征在于，所述典型故障确定子模块确定的所述典型故障包括：锅炉系统进水或冷蒸汽故障、主蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、再热蒸汽系统进水或冷蒸汽故障、轴封系统进水或冷蒸汽故障、凝汽器真空系统进水或冷蒸汽故障、回热抽气系统进水或冷蒸汽故障。

8.根据权利要求5所述的一种汽轮机故障诊断系统，其特征在于，所述故障诊断系统，还包括：

故障处置建议模块，用于根据所述诊断结果确定故障处置方式。

9.一种汽轮机故障诊断装置，其特征在于，所述故障诊断装置包括：

SIS系统实时数据存储系统、BCT101系统数据存储系统、通信系统、服务器和用户输出端；所述服务器包括权利要求7-8任意一项所述的一种汽轮机故障诊断系统；

所述SIS系统实时数据存储系统通过所述通信系统与所述服务器连接，所述SIS系统实时数据存储系统用于存储SIS系统实时数据库；

所述BCT101系统数据存储系统通过所述通信系统与所述服务器连接，所述BCT101系统数据存储系统用于存储BCT101系统数据库；

所述服务器与所述用户输出端连接，所述服务器用于采用所述故障诊断系统通过所述通信系统从所述SIS系统实时数据存储系统中获取汽轮机的运行参数，从所述BCT101系统数据存储系统获取汽轮机的振动数据，根据所述运行参数和所述振动数据确定诊断结果，并将所述诊断结果输出给所述用户输出端；

所述用户输出端用于将所述诊断结果展示给用户。