CN109974770A - 一种电动阀状态检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动阀状态检测技术领域，具体公开了一种电动阀状态检测系统及方法。该系统中信号检测单元与传感器单元以及数据处理单元相连接，信号检测单元通过传感器单元采集多个参数信号，并传送至数据处理单元进行相应处理，电源模块及管理单元同时与传感器单元、信号检测单元以及数据处理单元相连接，并为其提供直流电源，同时，电源模块及管理单元通过串口与数据处理单元进行通讯；上位机通过以太网或无线网络与数据处理单元相连接，实现上位机对数据处理单元的控制。该系统可在阀门不拆卸、不解体的前行下，全面准确分析出电动阀性能状态，并指导维修人员将阀门调整至最佳状态，同时对维修后的电动阀进行状态性能验证，有效避免人因失误。

Description

一种电动阀状态检测系统及方法
技术领域
本发明属于电动阀状态检测技术领域，具体涉及一种电动阀状态检测系统及方法。
背景技术
在核电厂，一个隔离边界阀门(通常电动隔离阀)开关失效会带来严重的安全事故和经济损失。为保证安全停堆，在紧急情况下一些电动隔离阀必须开启，另一些必须关闭来保证系统隔断或防止放射性外泄，是核电厂最受关注的阀门。目前核电厂大多采用常规检测、周期性检修、部件更换或整体更换的方式对其进行预防性维修，发现明显故障后再进行纠正性维修(主要是解体维修)，对电动隔离阀状态性能信息了解甚少，存在误修、漏修、过修等现象，人因失误也无法避免，给核电厂运行造成较大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动阀状态检测系统及方法，可以在阀门不拆卸、不解体的前提下，通过电动阀状态数据的累积及分析，提前发现“隐形”故障，在故障发生前安排维修工作，避免相关事故和损失发生，提高电动阀状态管理水平及核电厂安全经济运行指标。
本发明的技术方案如下：一种电动阀状态检测系统，该系统包括传感器单元、信号检测单元、数据处理单元以及电源模块及管理模块，其中，信号检测单元与传感器单元以及数据处理单元相连接，信号检测单元通过传感器单元采集多个参数信号，并传送至数据处理单元进行相应处理，电源模块及管理单元同时与传感器单元、信号检测单元以及数据处理单元相连接，并为其提供直流电源，同时，电源模块及管理单元通过串口与数据处理单元进行通讯；上位机通过以太网或无线网络与数据处理单元相连接，实现上位机对数据处理单元的控制。
所述的信号检测单元包括电流传感器、电压传感器、开关量传感器、位移传感器、推力传感器以及扭矩传感器，其中，电流传感器以及电压传感器分别与信号检测单元中的功率检测单元上的电流信号采集端口、电压信号采集端口相连接；所述的开关量传感器、位移传感器分别与信号检测单元中的逻辑信号检测单元和位置信号检测单元相连接；推力传感器和扭矩传感器与信号检测单元中的应变信号检测单元相连接。
所述的信号检测单元还包括信号检测单元还包括开度信号检测单元和压力信号检测单元，所述的开度信号检测单元和压力信号检测单元直接与数据处理单元相连接。
在进行在线监测时，所述的电流传感器以卡钳式安装在MCC控制箱电源输出线缆上；所述的电压传感器安装在MCC控制箱电压输出端口，与其点对点对应导通；所述的开关量传感器安装在MCC控制箱力矩开发、限位开关、旁路开关以及指示灯开关触点上，并与其点对点对应接触导通；所述开度信号检测单元与电动执行机构中开度反馈模块连接，采集阀门开度信号；所述压力信号检测单元与阀门所在管道上下游的压力变送器连接，采集阀门上下游压力信号。
在进行故障诊断测试时，电流传感器以卡钳式安装在电动执行机构电源输入线缆；所述电压传感器安装在电动执行机构电源输入端口，与其点对点对应导通；所述开关量传感器安装在电动执行机构中力矩开关、限位开关、旁路开关以及指示灯开关触点上，与其点对点对应接触导通；所述位移传感器运动部件安装在阀杆上，与阀杆保持平行同步动作；所述的推力传感器以卡钳式安装在阀杆上，随阀杆上下运行；所述的扭矩传感器利用特质胶水贴片式固定安装在阀杆的光杆部位，随阀杆一起动作。
一种电动阀状态检测方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、根据在线监测或故障诊断测试的要求，完成电动阀状态检测系统的安装；
步骤2、在电动阀动作时，通过传感器采集相关参数，并将参数单独或结合进行电动阀性能状态分析；
步骤2.1、在电动阀动作时，通过传感器单元采集电流、电压、开关量、位移、推力、力矩、开度以及压力参数，并将这些参数上传至上位机进行存储分析；
步骤2.2、通过采集的电流、电压参数，分析电动执行机构的运行状态；
步骤2.3、通过采集开关量动作情况，分析电动阀开关动作状态；
步骤2.4、通过采集阀门位移，分析阀门整体动作性能；
步骤2.5、通过推力传感器及扭矩传感器，分析阀门阀杆的性能；
步骤2.6、通过开度信号及管道流体压力检测，分析开度反馈模块的状态，以及阀门的内漏情况；
步骤3、利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，综合分析电动阀门性能状态；
利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，分析各曲线、特征参数是否相互匹配，获得电动阀动作性能、密封性能、电机性能状况、电气控制逻辑特性，与历史测试参数曲线进行对比，分析获得电动阀的降质趋势。
所述的步骤2.2具体包括：
对于交流电动执行机构，通过采集的电流、电压计算获得电流及电压有效值、相位差，从而获得交流电机的视在功率、有功功率、有功功率、功率因数；对于直流电动执行机构，通过采集电流、电压可计算电流、电压的评价值和功率；通过上述参数分析电动执行机构是否正常工作，是否存在过载、动作不平衡、老化磨损或润滑不佳的故障，同时反映处阀门载荷情况。
所述的步骤2.3具体包括：
通过采集开关量动作情况，在上位机中组合形成动作逻辑图，从而分析出电动阀门力矩开关、限位开关、旁路开关以及指示灯开关的动作是否正常，逻辑时序及时间间隔是否正确，以及各开关触点的机械动作情况及触点导电状态。
所述的步骤2.4及步骤2.5具体包括：
步骤2.4、通过采集阀门位移，分析阀门整体动作性能；
通过位移传感器采集阀门位移，反映出阀门整体动作性能，判断行程距离是否设置适当，行程时间是否满足系统运行要求，以及阀门动作时是否存在卡滞故障；
步骤2.5、通过推力传感器及扭矩传感器，分析阀门阀杆的性能；
通过推力传感器及扭矩传感器测试阀杆所受轴向推力和扭矩，获得阀门力矩开关动作点推力和扭矩、最终密封力、阀瓣拔出力、摩擦力，诊断分析阀门是否存在内漏外漏、损坏阀门部件的故障或风险。
所述的步骤2.6具体包括：
通过对开度信号检测，分析开度反馈模块输出信号是否正常，设置是否与实际行程相互对应；
通过对管道流体压力检测，测试阀门上下游流体压力大小，分析阀门工作过程中压差计流阻，以及是否存在内漏故障。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种电动阀状态检测系统及方法，可在阀门不拆卸、不解体的前行下，在运行期间对系统运行压力等参数以及电动阀机械、电气等参数进行在线监测，在停运期间对电动阀综合性能进行诊断测试，提取相关特性参数，全面准确分析出电动阀性能状态，并指导维修人员将阀门调整至最佳状态，同时对维修后的电动阀进行状态性能验证，有效避免人因失误；此外，通过电动阀状态数据的积累和分析，可分析出降质趋势，提前发现其“隐形”故障，在故障发生前安排维修工作，避免相关事故和损失发生，提高电动阀状态管理水平以及核电厂安全经济运行指标。
附图说明
图1为本发明所述的一种电动阀状态检测系统结构示意图；
图2为本发明所述的一种电动阀现场安装示意图
图中：1、传感器单元；2、信号检测单元；3、数据处理单元；4、电源模块及管理单元；5、上位机；6、MCC控制箱；7、电动执行机构；8、阀杆；9、轭架；10、管道；11、压力变送器；101、电流传感器；102、电压传感器；103、开关量传感器；104、位移传感器；105、推力传感器；106、扭矩传感器；201、功率检测单元；202、逻辑信号检测单元；203、位移信号检测单元；204、应变信号检测单元；205、开度信号检测单元；206压力信号检测单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种电动阀状态检测系统，包括传感器单元1、信号检测单元2、数据处理单元3以及电源模块及管理单元4，其中，信号检测单元2 与传感器单元1以及数据处理单元3相连接，信号检测单元2通过传感器单元1 采集多个参数信号，并传送至数据处理单元3进行相应处理，电源模块及管理单元4同时与传感器单元1、信号检测单元2以及数据处理单元3相连接，并为其提供直流电源，同时，电源模块及管理单元4通过串口与数据处理单元3进行通讯；上位机5通过以太网或无线网络与数据处理单元3相连接，实现上位机5对数据处理单元3的控制；传感器单元1包括电流传感器101、电压传感器 102、开关量传感器103、位移传感器104、推力传感器105以及扭矩传感器106，其中，电流传感器101以及电压传感器102分别与信号检测单元2中的功率检测单元201上的电流信号采集端口、电压信号采集端口相连接；开关量传感器 103、位移传感器104分别与信号检测单元2中的逻辑信号检测单元202和位置信号检测单元203相连接；推力传感器105和扭矩传感器106与信号检测单元2 中的应变信号检测单元204相连接；信号检测单元2还包括开度信号检测单元 205和压力信号检测单元206，其直接与数据处理单元3相连接；在进行在线监测(远程)时，电流传感器101以卡钳式安装在MCC控制箱6电源输出线缆，电压传感器102安装在MCC控制箱6电压输出端口，与其点对点对应导通，开关量传感器103安装在MCC控制箱中力矩开关、限位开关、旁路开关、指示灯开关等触点上，与其点对点对应接触导通，开度信号检测单元205与电动执行机构7中开度反馈模块连接，采集阀门开度信号(标准电信号)，压力信号检测单元206与阀门所在管道10上下游的压力变送器11连接，采集阀门上下游压力信号(标准电流/电压信号)；在故障诊断测试(就地)时，电流传感器101以卡钳式安装在电动执行机构7电源输入线缆，电压传感器102安装在电动执行机构7电源输入端口，与其点对点对应导通，开关量传感器103安装在电动执行机构7中力矩开关、限位开关、旁路开关、指示灯开关等触点上，与其点对点对应接触导通，位移传感器104运动部件安装在阀杆8上，与阀杆8保持平行同步动作，推力传感器105以卡钳式安装在阀杆8上，随阀杆(仅限直行程动作阀门)上下运行，扭矩传感器106利用特质胶水贴片式固定安装在阀杆8 的光杆部位，随阀杆一起动作。
一种电动阀状态检测方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、根据在线监测或故障诊断测试的要求，完成电动阀状态检测系统的安装；
步骤1.1、根据在线监测或故障诊断测试的要求，安装传感器单元，且各传感器之间相互独立，并可选择性地安装；
步骤1.2、已安装的传感器单元、电动执行机构阀门开度反馈模块以及压力变送器输出信号对应输出至信号检测单元，并经过信号检测单元信号调理后输出至数据处理单元处理，并发送至上位机；
步骤2、在电动阀动作时，通过传感器采集相关参数，并将参数单独或结合进行电动阀性能状态分析；
步骤2.1、在电动阀动作时，通过传感器单元采集电流、电压、开关量、位移、推力、力矩、开度以及压力参数，并将这些参数上传至上位机进行存储分析；
步骤2.2、通过采集的电流、电压参数，分析电动执行机构的运行状态；
对于交流电动执行机构，通过采集的电流、电压计算获得电流及电压有效值、相位差，从而获得交流电机的视在功率、有功功率、有功功率、功率因数；对于直流电动执行机构，通过采集电流、电压可计算电流、电压的评价值和功率；通过上述参数分析电动执行机构是否正常工作，是否存在过载、动作不平衡、老化磨损或润滑不佳的故障，同时反映处阀门载荷情况；
步骤2.3、通过采集开关量动作情况，分析电动阀开关动作状态；
通过采集开关量动作情况，在上位机中组合形成动作逻辑图，从而分析出电动阀门力矩开关、限位开关、旁路开关以及指示灯开关的动作是否正常，逻辑时序及时间间隔是否正确，以及各开关触点的机械动作情况及触点导电状态；
步骤2.4、通过采集阀门位移，分析阀门整体动作性能；
通过位移传感器采集阀门位移，反映出阀门整体动作性能，判断行程距离是否设置适当，行程时间是否满足系统运行要求，以及阀门动作时是否存在卡滞故障；
步骤2.5、通过推力传感器及扭矩传感器，分析阀门阀杆的性能；
通过推力传感器及扭矩传感器测试阀杆所受轴向推力和扭矩，获得阀门力矩开关动作点推力和扭矩、最终密封力、阀瓣拔出力、摩擦力，诊断分析阀门是否存在内漏外漏、损坏阀门部件的故障或风险；
步骤2.6、通过开度信号及管道流体压力检测，分析开度反馈模块的状态，以及阀门的内漏情况；
通过对开度信号检测，分析开度反馈模块输出信号是否正常，设置是否与实际行程相互对应；
通过对管道流体压力检测，测试阀门上下游流体压力大小，分析阀门工作过程中压差计流阻，以及是否存在内漏故障；
步骤3、利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，综合分析电动阀门性能状态；
利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，分析各曲线、特征参数是否相互匹配，获得电动阀动作性能、密封性能、电机性能状况、电气控制逻辑特性，与历史测试参数曲线进行对比，分析获得电动阀的降质趋势。

Claims (10)

1.一种电动阀状态检测系统，其特征在于：该系统包括传感器单元(1)、信号检测单元(2)、数据处理单元(3)以及电源模块及管理模块(4)，其中，信号检测单元(2)与传感器单元(1)以及数据处理单元(3)相连接，信号检测单元(2)通过传感器单元(1)采集多个参数信号，并传送至数据处理单元(3)进行相应处理，电源模块及管理单元(4)同时与传感器单元(1)、信号检测单元(2)以及数据处理单元(3)相连接，并为其提供直流电源，同时，电源模块及管理单元(4)通过串口与数据处理单元(3)进行通讯；上位机(5)通过以太网或无线网络与数据处理单元(3)相连接，实现上位机(5)对数据处理单元(3)的控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动阀状态检测系统，其特征在于：所述的信号检测单元(2)包括电流传感器(101)、电压传感器(102)、开关量传感器(103)、位移传感器(104)、推力传感器(105)以及扭矩传感器(106)，其中，电流传感器(101)以及电压传感器(102)分别与信号检测单元(2)中的功率检测单元(201)上的电流信号采集端口、电压信号采集端口相连接；所述的开关量传感器(103)、位移传感器(104)分别与信号检测单元(2)中的逻辑信号检测单元(202)和位置信号检测单元(203)相连接；推力传感器(105)和扭矩传感器(106)与信号检测单元(2)中的应变信号检测单元(204)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种电动阀状态检测系统，其特征在于：所述的信号检测单元(2)还包括信号检测单元(2)还包括开度信号检测单元(205)和压力信号检测单元(206)，所述的开度信号检测单元(205)和压力信号检测单元(206)直接与数据处理单元(3)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种电动阀状态检测系统，其特征在于：在进行在线监测时，所述的电流传感器(101)以卡钳式安装在MCC控制箱(6)电源输出线缆上；所述的电压传感器(102)安装在MCC控制箱(6)电压输出端口，与其点对点对应导通；所述的开关量传感器(103)安装在MCC控制箱(6)力矩开发、限位开关、旁路开关以及指示灯开关触点上，并与其点对点对应接触导通；所述开度信号检测单元(205)与电动执行机构(7)中开度反馈模块连接，采集阀门开度信号；所述压力信号检测单元与阀门所在管道(10)上下游的压力变送器连接，采集阀门上下游压力信号。
5.根据权利要求3所述的一种电动阀状态检测系统，其特征在于：在进行故障诊断测试时，电流传感器(101)以卡钳式安装在电动执行机构(7)电源输入线缆；所述电压传感器(102)安装在电动执行机构(7)电源输入端口，与其点对点对应导通；所述开关量传感器(103)安装在电动执行机构(7)中力矩开关、限位开关、旁路开关以及指示灯开关触点上，与其点对点对应接触导通；所述位移传感器(104)运动部件安装在阀杆(8)上，与阀杆(8)保持平行同步动作；所述的推力传感器(105)以卡钳式安装在阀杆(8)上，随阀杆上下运行；所述的扭矩传感器(106)利用特质胶水贴片式固定安装在阀杆(8)的光杆部位，随阀杆一起动作。
6.一种电动阀状态检测方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、根据在线监测或故障诊断测试的要求，完成电动阀状态检测系统的安装；
步骤2、在电动阀动作时，通过传感器采集相关参数，并将参数单独或结合进行电动阀性能状态分析；
步骤2.1、在电动阀动作时，通过传感器单元采集电流、电压、开关量、位移、推力、力矩、开度以及压力参数，并将这些参数上传至上位机进行存储分析；
步骤2.2、通过采集的电流、电压参数，分析电动执行机构的运行状态；
步骤2.3、通过采集开关量动作情况，分析电动阀开关动作状态；
步骤2.4、通过采集阀门位移，分析阀门整体动作性能；
步骤2.5、通过推力传感器及扭矩传感器，分析阀门阀杆的性能；
步骤2.6、通过开度信号及管道流体压力检测，分析开度反馈模块的状态，以及阀门的内漏情况；
步骤3、利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，综合分析电动阀门性能状态；
利用在线监测、故障诊断测试参数和曲线，分析各曲线、特征参数是否相互匹配，获得电动阀动作性能、密封性能、电机性能状况、电气控制逻辑特性，与历史测试参数曲线进行对比，分析获得电动阀的降质趋势。
7.根据权利要求6所述的一种电动阀状态检测方法，其特征在于：所述的步骤2.2具体包括：
对于交流电动执行机构，通过采集的电流、电压计算获得电流及电压有效值、相位差，从而获得交流电机的视在功率、有功功率、有功功率、功率因数；对于直流电动执行机构，通过采集电流、电压可计算电流、电压的评价值和功率；通过上述参数分析电动执行机构是否正常工作，是否存在过载、动作不平衡、老化磨损或润滑不佳的故障，同时反映处阀门载荷情况。
8.根据权利要求6所述的一种电动阀状态检测方法，其特征在于：所述的步骤2.3具体包括：
通过采集开关量动作情况，在上位机中组合形成动作逻辑图，从而分析出电动阀门力矩开关、限位开关、旁路开关以及指示灯开关的动作是否正常，逻辑时序及时间间隔是否正确，以及各开关触点的机械动作情况及触点导电状态。
9.根据权利要求6所述的一种电动阀状态检测方法，其特征在于：所述的步骤2.4及步骤2.5具体包括：
步骤2.4、通过采集阀门位移，分析阀门整体动作性能；
通过位移传感器采集阀门位移，反映出阀门整体动作性能，判断行程距离是否设置适当，行程时间是否满足系统运行要求，以及阀门动作时是否存在卡滞故障；
步骤2.5、通过推力传感器及扭矩传感器，分析阀门阀杆的性能；
通过推力传感器及扭矩传感器测试阀杆所受轴向推力和扭矩，获得阀门力矩开关动作点推力和扭矩、最终密封力、阀瓣拔出力、摩擦力，诊断分析阀门是否存在内漏外漏、损坏阀门部件的故障或风险。
10.根据权利要求6所述的一种电动阀状态检测方法，其特征在于：所述的步骤2.6具体包括：
通过对开度信号检测，分析开度反馈模块输出信号是否正常，设置是否与实际行程相互对应；
通过对管道流体压力检测，测试阀门上下游流体压力大小，分析阀门工作过程中压差计流阻，以及是否存在内漏故障。
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