CN109519233B - 用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统。该方法包括：根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；实时采集并存储核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；根据PID控制模型和预设的判断策略，判断多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号。通过本发明可以提前预警故障，及时和快速锁定现场进汽调节阀的故障部位，查找引发的人为操作不当风险，保障机组安全稳定运行，同时大大提高核电厂的经济性。

Description

用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统

技术领域

本发明涉及核电厂设备监测技术领域，特别地，涉及一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统。

背景技术

核电厂汽轮机进汽调节阀的安全稳定运行对核电厂的经济效益和运营业绩有重大影响。汽轮机进汽调节阀的稳定运行关系着汽轮机是否可靠运行。统计公司群厂近3年的汽轮机进汽调节阀故障，会引起机组功率的波动，特别是高压进汽调节阀的故障，严重威胁了机组的可靠性。如果同时出现多个阀门故障，可能会导致机组跳机，影响发电量。

然而目前核电厂百万千瓦机组的汽轮机进汽调节阀多采用比例调节阀，而现场进汽调节阀会出现瞬时关闭又开启的现象，引起此现象的原因有多种，包含先导阀卡涩、主阀卡涩、控制卡件故障、信号传输故障等多种因素。但是，现在对于汽轮机进汽调节阀的监测都是现场监测，由于现场监测手段有限，因此无法锁定真正引起此现象的原因。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的现场监测手段无法锁定核电厂汽轮机进汽调节阀的故障原因，提供一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统以提前预警故障，及时和快速锁定现场进汽调节阀的故障部位，精确评估调门安全状态，查找引发的人为操作不当风险，保障机组安全稳定运行，同时大大提高核电厂的经济性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，包括以下步骤：

根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

实时采集并存储核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法中，根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的故障信号的所述步骤包括：

比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号；

比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号；

监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法中，比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号的所述步骤之后，还包括：

监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法中，比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号的所述步骤之后，还包括：

监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法中，还包括：

调取历史数据及历史预警信息综合判断故障原因。

相应地，本发明还提供一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统，包括：

模型建立模块，用于根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

信号采集模块，用于实时采集核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

信号存储模块，用于存储所述多个监测信号；

预警信号生成模块，用于根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统中，所述预警信号生成模块包括：

调节阀控制卡监测单元，用于比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号；

比例阀先导阀监测单元，用于比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号；

调节阀阀门监测单元，用于监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统中，所述比例阀先导阀监测单元还用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统中，所述预警信号生成模块还包括：

比例阀主阀监测单元，用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号。

在本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统中，还包括：

判断模块，用于调取历史数据及历史预警信息综合判断故障原因。

本发明的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统具有以下有益效果：本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法和系统，通过核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，然后根据PID控制模型和预设的判断策略判断实时采集的核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号是否触发报警条件，以判断先导阀、主阀、控制卡件、信号传输等的前期缺陷，提前进行预警，提示现场人员采取行动进行消除和缓解处理，可大幅提高汽轮机进汽调节系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。

图1为本发明一实施例提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法的流程图；如图1所示，本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法包括以下步骤：

S11、根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

S12、实时采集并存储核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

S13、根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号。

在步骤S11中，首先从调节阀控制卡采集用于构建PID控制模型的输入信号，具体地，首先根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制块使PID控制块中的比例、积分、微分参数与调节阀控制卡中的一致，由此，形成输入为汽轮机控制器输出指令和调节阀阀门反馈信号，输出为调节阀控制卡模拟输出指令的PID控制块。为了进一步提高准确性，在PID控制块后，还增设了反馈模块，通过比例阀先导阀反馈信号来调整该调节阀控制卡模拟输出指令，以对PID控制块的参数进行优化。由此，形成输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令的PID控制模型。其中，汽轮机控制器输出指令是指汽轮机控制器输出到调节阀控制卡的指令。

在步骤S12中，实时采集并存储核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号，多个监测信号包括汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号、比例阀先导阀反馈信号、调节阀控制卡输出指令和比例阀主阀反馈信号。将采集到的数据实时存储起来，存储模块具备冗余备份功能，以防止存储卡损坏造成数据丢失，另外具备扩展接口，方便存储数据的拷出。

在步骤S13中，根据步骤S11中建立的PID控制模型和预设的判断策略，判断步骤S12中采集的多个监测信号是否触发报警条件，具体包括：

对调节阀控制卡的监测：将现场采集的汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号输入到PID控制模型中，比较计算得到的调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，正常情况下，两者的数值应该一样，因此，如果两者的差值超出第一预设范围(例如，1％)，则标识现场调节阀控制卡可能存在故障，生成调节阀控制卡故障预警信号；

对比例阀先导阀的监测：比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号，其中，调节阀控制卡输出指令是指调节阀控制卡输出到比例阀先导阀的指令，正常情况下，现场采集得到的调节阀控制卡输出和比例阀先导阀的反馈信号应该一致，如果出现偏差(例如，两者偏差大于5％且超过3秒)，则表示现场比例阀先导阀可能存在故障；在生成调节阀控制卡故障预警信号后(即现场调节阀控制卡的输出与PID控制模块的输出存在偏差)，继续监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围(例如，1％)或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号；

对比例阀主阀的监测：在生成调节阀控制卡故障预警信号后(即现场调节阀控制卡的输出与PID控制模块的输出存在偏差)，监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号；

对调节阀阀门的监测：实时监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号，例如，如果调节阀阀门的波动幅度大于1％持续1分钟，则表示调节阀阀门反馈信号可能存在故障，进行预警。

进一步地，在出现上述监测故障中的任何一个时，可调取存储器中的历史数据及历史预警信息进行综合判断故障原因。

本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，通过核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，然后根据PID控制模型和预设的判断策略判断实时采集的核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号是否触发报警条件，以判断先导阀、主阀、控制卡件、信号传输等的前期缺陷，提前进行预警，提示现场人员采取行动进行消除和缓解处理，可大幅提高汽轮机进汽调节系统的可靠性。

图2为本发明实施例提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统的原理图；如图2所示，本发明的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统包括：

模型建立模块210，用于根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

信号采集模块220，用于实时采集核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

信号存储模块230，用于存储所述多个监测信号；

预警信号生成模块240，用于根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号。

具体地，所述预警信号生成模块包括：

调节阀控制卡监测单元，用于比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号；

比例阀先导阀监测单元，用于比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号；

调节阀阀门监测单元，用于监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号。

具体地，在本发明一实施例中，所述比例阀先导阀监测单元还用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号。

具体地，在本发明一实施例中，所述预警信号生成模块还包括：

比例阀主阀监测单元，用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号。

具体地，还包括：

判断模块，用于调取历史数据及历史预警信息综合判断故障原因

关于上述实施例中的系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本发明提供的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统具有以下优点：

1、通过对采集的信号进行实时处理分析，以判断先导阀、主阀、控制卡件、信号传输等的前期缺陷，提前进行预警，提示现场人员采取行动进行消除和缓解处理，可大幅提高汽轮机进汽调节系统的可靠性；

2、及时和快速锁定现场进汽调节阀故障部位，精确评估调门安全状态，查找引发的人为操作不当风险，保障机组安全稳定运行，同时大大提高核电厂的经济性；

3、能够有效减少核电厂汽轮机汽机调节阀的故障，对实现公司战略目标、提升电厂运营业绩、填补国内技术空白都具有重要意义。

需要说明的是：上述实施例提供系统在实现方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统和方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例的描述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。上面所提到的控制或者实现的切换功能都是通过控制器实现，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。上面所提到的存储器可以是终端内置的存储设备，例如硬盘或内存。本发明系统还包括了存储器，存储器也可以是系统的外部存储设备，插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括系统的内部存储单元，也包括外部存储设备，用于存储计算机程序以及所需的其他程序和信息。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

实时采集并存储核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号；

根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的故障信号的步骤包括：

比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号；

比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号；

监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号。

2.根据权利要求1所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，其特征在于，比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号的步骤之后，还包括：

监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号。

3.根据权利要求1所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，其特征在于，比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号的步骤之后，还包括：

监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号。

4.根据权利要求1所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测方法，其特征在于，还包括：

调取历史数据及历史预警信息综合判断故障原因。

5.一种用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于根据核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的控制策略，构建PID控制模型，所述PID控制模型的输入信号为汽轮机控制器输出指令、调节阀阀门反馈信号和比例阀先导阀反馈信号，所述PID控制模型的输出信号为调节阀控制卡模拟输出指令；

信号采集模块，用于实时采集核电厂汽轮机进汽调节阀控制卡的多个监测信号；

信号存储模块，用于存储所述多个监测信号；

预警信号生成模块，用于根据所述PID控制模型和预设的判断策略，判断所述多个监测信号是否触发报警条件，在触发报警条件时，输出对应的预警信号；

所述预警信号生成模块包括：

调节阀控制卡监测单元，用于比较所述调节阀控制卡模拟输出指令和现场采集的调节阀控制卡输出指令，如果两者的差值超出第一预设范围，则生成调节阀控制卡故障预警信号；

比例阀先导阀监测单元，用于比较所述调节阀控制卡输出指令和比例阀先导阀反馈信号，如果两者的差值超出第二预设范围的时间达到第一预设时间阈值，则生成比例阀先导阀故障预警信号；

调节阀阀门监测单元，用于监测所述调节阀阀门反馈信号，如果所述调节阀阀门反馈信号的变化幅度超过第三预设范围的时间达到第二预设时间阈值，则生成调节阀阀门反馈信号故障预警信号。

6.根据权利要求5所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统，其特征在于，所述比例阀先导阀监测单元还用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测所述比例阀先导阀反馈信号，如果所述比例阀先导阀反馈信号的变化幅度小于第四预设范围或变化速率小于第五预设范围，则生成比例阀先导阀卡涩预警信号。

7.根据权利要求5所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统，其特征在于，所述预警信号生成模块还包括：

比例阀主阀监测单元，用于在所述调节阀控制卡监测单元生成所述调节阀控制卡故障预警信号后，监测比例阀主阀反馈信号，如果所述比例阀主阀反馈信号的变化幅度小于第六预设范围或变化速率小于第七预设范围，则生成比例阀主阀卡涩预警信号。

8.根据权利要求5所述的用于核电厂汽轮机进汽调节阀的在线监测系统，其特征在于，还包括：

判断模块，用于调取历史数据及历史预警信息综合判断故障原因。

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