CN108800979B - 一种凝汽器预测性运维的监控方法及监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凝汽器预测性运维的监控方法，对凝汽器真空度、换热端差、循环冷却水进出口温度差、凝结水过冷度等主要运行参数，以物联网的方式进行在线连续监测并实现云存储、云计算，预测保持、向好或向差的趋势；若向差，则预测达到警戒值的时间，发出不同等级的警示，以便采取不同的维修保养应对措施。本发明可有效避免凝汽器维修保养中目前实际存在的问题：或因过早维修保养、更换部件而浪费资源，或因维保、排障不及时、耗时长而造成停机和能耗增加等经济损失；与前沿IT技术相结合，实现凝汽器预测性运维所必需的状态监测和状态预测，促进预测性运维技术的实际应用和产业化。

Description

一种凝汽器预测性运维的监控方法及监控装置

技术领域

本发明涉及一种凝汽器预测性运维的监控方法及监控装置，属于凝汽器监控技术领域。

背景技术

凝汽器是汽轮机的重要辅助设备，在火电站和核电站均有广泛运用。它通过换热将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用，还在汽轮机排汽处建立真空和维持真空，使机组的排汽尽可能膨胀做功，减少冷源损失。真空度是凝汽器最重要的运行参数，其降低将导致机组出力不足、厂用电率上升、供电煤耗率增加。除了真空度之外，还有换热端差、循环水进出口温度差、过冷度等其他重要参数，对凝汽器运行产生影响。

预测性运维是一种新兴的设备维护和维修方式，即：在设备运行时，对其主要部位或重要参数进行定期或连续的监测，判定其所处的状态，并预测未来的发展趋势，在趋差且即将影响设备正常运行前，适时地采取维护、维修或替换零部件的措施，既防患于未然，又节省资源、减少浪费。近年来，物联网、大数据、云存储、云计算和人工智能等前沿IT技术的发展，不但增强了预测性运维实施的技术可行性，而且正促进其形成覆盖广、挖掘深、利用充分的数据服务产业。

预测性运维主要包括状态监测、状态预测、故障诊断和维保决策支持四个部分，而状态监测和状态预测是基础。

现有技术绝大部分针对凝汽器进行定期维修保养和故障检修、维修，实践中往往出现：或因过早维修保养、更换部件而浪费资源；或因维保、排障不及时、耗时长而造成停机和能耗增加等经济损失。

针对凝汽器的预测性运维研究缺乏与前沿IT技术密切结合的完整实施方法，不利于存储和计算资源共享，不利于扩大覆盖面，不利于数据的深度挖掘和充分利用；且算法复杂，实现困难，限制了实际应用和产业化。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：对凝汽器或因过早维修保养、更换部件而浪费资源；或因维保、排障不及时、耗时长而造成停机和能耗增加等经济损失。

本发明采取以下技术方案：

一种凝汽器预测性运维的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对凝汽器真空度采集信息进行坐标系设定：X轴设为时间，Y轴设为真空度；

S2、真空度报警值设定：设定报警值w，报警值反映为平行于X轴的直线；

S3、真空度数据的实时采集和存储：每隔一段设定的时间，依次采集凝汽器的真空度并存储；

S4、预测警示：对采集的真空度，以回归分析法拟合时间-真空度曲线，算出相关系数R，给出当前时点的切线方程y＝kx+b，并在数据量≥n后进行预测、得出结论：

(1)当|R|≥0.3：

若k<0，则预测结论为：趋好；

若k＝0,即y＝b,则预测结论为：趋稳；

若k>0，则预测结论为：趋差，此时须进一步计算趋差程度并相应分级别警示，即:将w代入y＝kx+b中的y,求得x＝(w-b)/k，设p为此刻时间，设定d₁、d₂……d_n至少三个预期达到报警值w的天数，若：

x-p<d₁天，则发出“一级预警”；

d₁天≤x-p<d₂天，则发出“二级预警”；

……

d_n-1天≤x-p<d_n天，则发出“n级预警”；

x-p≥d_n天，则发出“提请关注”。

一级到n级的预警程度逐级降低；

(2)当|R|<0.3：

若有数据：y≥w,则立即发出“一级预警”；若有m％的数据的y值处于:w>y≥w-Δw,则发出“二级预警”；若数据呈其他情况,则结论：正常；m与Δw为设定数值。

进一步的，对凝汽器的换热端差、循环冷却水进出口温度差、凝结水过冷度运行参数，也按照权利要求1所述的步骤S1-步骤S4进行预测和预警。

更进一步的，包括以下步骤：步骤S3中，所述存储为以物联网的方式进行在线连续监测并进行云存储；步骤S4中，采用云计算，预测趋好、趋稳或趋差的趋势。

一种凝汽器预测性运维的监控系统，包括信号依次连接的凝汽器、凝汽器运行参数监测装置、控制模块、物联网关、云平台；所述云平台与客户端计算机通过信号连接。

更进一步的，所述凝汽器运行参数监测装置是同时监测凝汽器的真空度、换热端差、循环冷却水进出口温度差和凝结水过冷度的装置。

更进一步的，所述控制模块是PLC控制器。

更进一步的，所述客户端计算机是台式电脑、手机、平板电脑中的一种或几种。

更进一步的，所述凝汽器运行参数监测装置至少包括DCS(集散控制系统)、工控机、仪表、传感变送器其中之一。

本发明的有益效果在于：

1)因凝汽器是火电站和核电站的重要设备之一，故对其进行预测性监控，不但能保障其安全稳定运行，而且能降低运行成本、提高经济效益。本发明不但有利于电力行业保证循环冷却水处理的阻垢效果，保障凝汽器及其循环冷却水系统的安全、有效运行和降本增效，而且有利于各种非化学加药的节水、减排、环保的循环冷却水处理新技术的发展和推广应用。

2)与前沿IT技术相结合，实现凝汽器预测性运维所必需的状态监测和状态预测，促进预测性运维技术的实际应用和产业化。

3)各电力集团可自行或与第三方合作实施本发明：建立云平台，在其上配置存储、计算资源并采用统一的监测、预测方法，旗下各电厂只要配置成本极低的物联网关和PLC，凝汽器的主要运行参数就可实时、连续传输至云平台，经云计算后通过互联网将结果反馈至各电厂的台式电脑、手机、平板电脑等客户端，由电厂专业管理和技术人员查看数据和趋势曲线，必要时自动向存在问题的电厂发出不同级别的警示。

5)在监测、预测的基础上，可进而发展故障诊断和维保决策支持并扩大应用至凝汽器之外的其他设备，如汽轮机、蒸汽发生器、发电机等。

6)各电力集团通过云平台日积月累大数据，可开展旗下各电厂设备实际运营水平的比较，并通过机器学习等人工智能手段，归纳形成最优化方案，对各电厂的设备运行提供指导。

7)有利于电力企业提高设备的监测和维修保养水平，并通过适时、适当、精准的维修保养来降低运维成本、厂用电率和供电煤耗率；

8)对各电力集团提升管理水平、提高经济效益、节约能源和资源、促进环境保护、提升企业形象都具有重要作用；

9)因我国发电量巨大，发电用水量约占工业用水量的40％，循环冷却水用水量又约占电厂用水量的70％,电力行业的资源节约和环境保护对全社会极其重要，故本申请的技术方案在电力行业的推广应用具有极大的社会、环境和生态效益。

附图说明

图1是本发明凝汽器预测性运维的监控装置的结构框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

首先，对凝汽器预测性运维监控装置的框架结构说明如下：

某火力发电厂有660MW两套发电机组，各有一台相同的凝汽器，由DCS监控。

参见图1，凝汽器预测性运维监控装置包括依次信号连接的凝汽器、凝汽器运行参数监测装置、控制模块、物联网关、云平台；所述云平台与客户端计算机通过信号连接。

在此实施例中，参见图1，所述凝汽器运行参数监测装置是同时监测凝汽器的真空度、换热端差、循环冷却水进出口温度差和凝结水过冷度的装置。

在此实施例中，参见图1，所述控制模块是PLC控制器。

在此实施例中，参见图1，所述客户端计算机是台式电脑、手机、平板电脑中的一种或几种。

在此实施例中，参见图1，所述凝汽器运行参数监测装置为DCS。

具体实施时：

在现场装有PLC，从DSC输出端口分别实时、连续采集2台凝汽器的运行数据信号，通过Modbus(TCP/RTU协议)连接到物联网网关,将Modbus信号转换为4G无线通讯信号,上传至某云平台,在其上存储并用软件分别对每台凝汽器的真空度进行：

1.坐标系的设定

X轴设为时间，以小时为单位，Y轴设为真空度，以KPa为单位。

2.报警值的设定

设定真空度报警值w＝-81.6KPa(电厂经验值)，反映为平行于X轴的直线。

3.真空度数据的实时采集和云存储

通过物联网关，每隔1分钟(约0.0167小时)采集一次凝汽器的真空度，通过4G信道传输并存于云端。

经对历史数据进行试算，发现在大部分月份中时间x和真空度y有较好的线性相关度，为简化计算，遂进行直线拟合，即：

对采集到的真空度，用软件进行计算，拟合“时间x-真空度y”直线，给出拟合方程y＝kx+b和相关系数R，在数据量≥100的前提下，进行预测并得出结论：

(1)当|R|≥0.3：

x与y的相关度一般、较强或很强，即：真空度y呈现随时间x变化的一定趋势：

若k<0(负相关)，则结论为：趋好；

若k＝0,即y＝b,则结论为：趋稳；

若k>0(正相关)，则结论为：趋差，此时须进一步计算趋差程度并相应分级别警示，即:将-81.6KPa代入y＝kx+b中的y,求得x＝(-81.6-b)/k，设p为此刻，若：

x-p<3天，则发出“橙色预警”；

3天≤x-p<10天，则发出“黄色预警”；

10天≤x-p<30天，则发出“蓝色预警”；

x-p≥30天，则发出“提请关注”。

(2)当|R|<0.3：

x与y的相关度较弱，即：真空度y基本不呈现随时间x变化的趋势：

若有数据：y≥-81.628KPa,则立即发出“红色预警”；

若有70％数据的y值处于:-81.6KPa>y≥-81.6KPa-6KPa＝-87.6KPa(历史最差值),则发出“橙色预警”；

若数据呈其他情况,则结论：正常。

通过Wifi，用户可在台式电脑、手机或平板电脑随时查看凝汽器真空度数据和趋势曲线；如发生报警，云平台会将警示信息发送至客户端。

本发明的推广应用，不但有利于电力企业提高设备的维修保养水平，并通过适时、适当、精准的维修保养来降低运维成本、厂用电率和供电煤耗率，而且对各电力集团提升管理水平、提高经济效益、节约能源和资源、促进环境保护、提升企业形象都具有重大意义。因我国发电量巨大，电力行业的资源节约和环境保护对全社会极其重要，故本技术在电力行业的推广应用无疑具有极大的社会、环境和生态效益。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种凝汽器预测性运维的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对凝汽器真空度采集信息进行坐标系设定：X轴设为时间，Y轴设为真空度；

S2、真空度报警值设定：设定报警值w，报警值反映为平行于X轴的直线；

S3、真空度数据的实时采集和存储：每隔一段设定的时间，依次采集凝汽器的真空度并存储；

S4、预测警示：对采集的真空度，以回归分析法拟合时间-真空度曲线，算出相关系数R，给出当前时点的切线方程y＝kx+b，并在数据量≥n后进行预测、得出结论：

(1)当|R|≥0.3：

若k<0，则预测结论为：趋好；

若k＝0,即y＝b,则预测结论为：趋稳；

若k>0，则预测结论为：趋差，此时须进一步计算趋差程度并相应分级别警示，即:将w代入y＝kx+b中的y,求得x＝(w-b)/k，设p为此刻时间，设定d₁、d₂……d_n至少三个预期达到报警值w的天数，若：

x-p<d₁天，则发出“一级预警”；

d₁天≤x-p<d₂天，则发出“二级预警”；

……

d_n-1天≤x-p<d_n天，则发出“n级预警”；

x-p≥d_n天，则发出“提请关注”；

一级到n级的预警程度逐级降低；

(2)当|R|<0.3：

若有数据：y≥w,则立即发出“一级预警”；若有m％的数据的y值处于:w>y≥w-Δw,则发出“二级预警”；若数据呈其他情况,则结论：正常；m与Δw为设定数值。

2.如权利要求1所述的凝汽器预测性运维的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：对凝汽器的换热端差、循环冷却水进出口温度差、凝结水过冷度运行参数，也按照权利要求1所述的步骤S1-步骤S4进行预测和预警。

3.如权利要求1或2所述的凝汽器预测性运维的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S3中，所述存储为以物联网的方式进行在线连续监测并进行云存储；

步骤S4中，采用云计算，预测趋好、趋稳或趋差的趋势。