CN110397476B - 一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统，包括油品在线监测机柜、DCS系统和监控中心，其中，油品在线监测机柜用于对汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；DCS系统用于将汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至监控中心；监控中心包括基础数据分析模块、预警模块和故障诊断模块，基础数据分析模块用于对汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；预警模块用于监测基础数据分析模块的分析结果，在汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；故障诊断模块用于根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果。本发明改造风险小；对参数异常可及时通知；可准确提供初步诊断结果。

Description

一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统与方法

技术领域

本发明涉及核电站技术领域，尤其涉及一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统与方法。

背景技术

液压油、润滑油(统称油品)是工业生产尤其是机械设备的命脉,油况的好坏决定着机械设备的运行效率、可靠性和使用寿命。长期的实践,人们已经认识到：油中固体颗粒度、水分和工作温度等参数是引起油品质变化的主要因素,70-80％的设备事故与油品的污染有关系；油品污染不仅严重影响了润滑、液压设备的正常运转,而且造成很大的人力浪费和经济损失。油液污染不仅导致机械及润滑油的性能劣化，降低机械设备和油液的使用寿命,还将使设备处于危险的状态,因此对油品的污染程度进行检测具有极其重要的意义。

传统发电企业中，汽轮机润滑油监测有着非常重要的意义，油品品质的好坏既能反映汽轮机某些故障模式，有利于故障定位和原因分析，又能影响汽轮机安全可靠运行。但在发电企业中采用离线定期化验的手段管理油品仍然在主流，这就导致某些P-F周期较短的故障模式无法管理到位，影响较大。

近些年，随着红外光谱技术的发展，油品中颗粒度、粘度等参数能够进行在线监测，但其探头及其附属系统较为复杂，现场实施难度较大，对于汽轮机这类与发电直接相关的设备风险较高，因此应用推广情况并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统，连接于汽轮机油箱，包括油品在线监测机柜、DCS系统和监控中心，其中，所述油品在线监测机柜用于对所述汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；所述DCS系统用于将所述汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至所述监控中心；所述监控中心包括基础数据分析模块、预警模块和故障诊断模块，所述基础数据分析模块用于对所述汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；所述预警模块用于监测所述基础数据分析模块的分析结果，在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；所述故障诊断模块用于根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统中，所述油品在线监测机柜通过第一取样管和第二取样管连接于所述汽轮机油箱，所述第一取样管连接于所述汽轮机油箱的人工取油口，所述第二取样管连接于所述汽轮机油箱的回油注油口。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统中，所述预警模块包括阈值报警单元和趋势分析预警单元，所述阈值报警单元用于通过高高报警、低低报警、低报警和高报警四级报警机制监测所述汽轮机润滑油油品在线监测数据，并在发生异常时时发送报警信息至管理人员；所述趋势分析预警单元用于在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据的平均值或斜率异常时快速报警。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统中，所述汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统中，当所述异常监测数据为颗粒度时，所述初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当所述异常监测数据为水含量时，所述初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当所述异常监测数据为运动粘度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当所述异常监测数据为温度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当所述异常监测数据为介电常数时，所述初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当所述异常监测数据为密度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

本发明还提供一种核电用汽轮机油品在线监测分析方法，包括以下步骤：由油品在线监测机柜用于对来自汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；经由DCS系统将所述汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至监控中心；通过所述监控中心的基础数据分析模块对所述汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；通过所述监控中心的预警模块监测所述基础数据分析模块的分析结果，在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；以及通过所述监控中心的故障诊断模块根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析方法中，通过所述预警模块的阈值报警单元通过高高报警、低低报警、低报警和高报警四级报警机制监测所述汽轮机润滑油油品在线监测数据，并在发生异常时时发送报警信息至管理人员；通过所述预警模块的趋势分析预警单元用于在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据的平均值或斜率异常时快速报警。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析方法中，所述汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度。

在本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析方法中，当所述异常监测数据为颗粒度时，所述初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当所述异常监测数据为水含量时，所述初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当所述异常监测数据为运动粘度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当所述异常监测数据为温度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当所述异常监测数据为介电常数时，所述初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当所述异常监测数据为密度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

本发明的核电用汽轮机油品在线监测分析系统，具有以下有益效果：油箱取样口旁路的设计方案充分结合油箱现有的接口，因此，在现场实施期间，改造风险低，现场施工简单便捷，并能通过阀门的状态设置保证改造的可逆性，能够恢复原设计方案，对于重大设备安全运行影响低，改造风险小；对油品水分、密度、粘度、颗粒度、介电常数、温度的监测，能够设置多种报警逻辑，提醒工程师关注润滑油及汽轮机运行状态；根据已建立的故障树模型对报警进行智能故障诊断，能够准确为工程师提供初步诊断结果，减少人力工作量，提高智能化程度。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明一实施例提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统的原理图；

图2是本发明的油品在线监测机柜与汽轮机油箱的连接示意图；

图3是图1所示的监控中心的原理图；

图4是本发明一实施例提供的核电用汽轮机油品在线监测分析方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

图1是本发明一实施例提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统的原理图。如图1所示，本发明的核电用汽轮机油品在线监测分析系统包括油品在线监测机柜10、DCS系统20和监控中心30。油品在线监测机柜10采集汽轮机油箱的油品，分析后通过信号电缆将生成的汽轮机润滑油油品在线监测数据通过4-20mA的模拟量信号传输至DCS系统，并通过DCS系统上传至监控中心；用户可以在监控中心查询数据，并通过监控中心实现汽轮机早期预警及故障诊断。

具体地，在本发明一实施例中，油品在线监测机柜10用于对汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据，汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度。图2是本发明的油品在线监测机柜与汽轮机油箱的连接示意图，如图2所示，油品在线监测机柜10通过第一取样管110和第二取样管120连接于汽轮机油箱，第一取样管连接于汽轮机油箱的人工取油口，第二取样管连接于汽轮机油箱的回油注油口，在第一取样管和第二取样管上分别设有阀门，用于控制油品在线监测机柜与主油箱的连接。在本实施例中，将润滑油取样位置选在汽轮机油箱原有的人工取样口处，在该位置增加一条带有阀门的第一取样管接入油品在线监测机柜，经过在油品在线监测机柜化验后的润滑油再通过带有阀门的第二取样管排回到油箱顶部注油口。这种油箱取样口旁路的设计方案充分结合油箱现有的接口，油品在线监测机柜取油、回油接口分别与现有人工取样口、油箱注油口位置相同，无需额外增加油箱开口。通过阀门状态的改变，能够实现油品在线监测机柜快速隔离、恢复人工取样等运行方式的转变。因此，具有无需在母管开孔，作业成本低；出现泄露后可隔离处理，对汽轮机组可靠性影响较小的优点。

具体地，在本发明一实施例中，如图3所示，监控中心30包括基础数据分析模块310、预警模块320和故障诊断模块330。

具体地，在本发明一实施例中，基础数据分析模块310用于对汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析。针对粘度、密度、介电常数、温度、水含量、颗粒度等六项监测数据，基础数据分析模块在选定的时间范围内对各项监测数据的最大值、最小值、平均值进行快速分析和统计。

具体地，在本发明一实施例中，预警模块320用于监测基础数据分析模块的分析结果，在汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息。进一步地，预警模块320包括阈值报警单元和趋势分析预警单元。阈值报警单元用于通过高高报警、低低报警、低报警和高报警四级报警机制监测汽轮机润滑油油品在线监测数据，并在发生异常时时发送报警信息至管理人员；趋势分析预警单元用于在汽轮机润滑油油品在线监测数据的平均值或斜率异常时快速报警。阈值报警单元针对润滑油六项在线监测数据，均可以实现高高、高、低、低低等四级报警功能，针对每项监测指标的异常报警信息可以快速通过邮件/短信方式快速通知相关专业人员。为了提前实现润滑油六项在线监测数据的预警，趋势分析预警单元针对润滑油六项在线监测数据均可以实现趋势报警功能，趋势报警模型包含斜率报警和平均值报警两种，当在线监测数据在一段时间内的平均值或者斜率超过或低于设定值时快速报警。

具体地，在本发明一实施例中，故障诊断模块330用于根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果。针对汽轮机润滑油油品异常或设备故障等异常现象，可以通过收集汽轮机组常见的故障历史，挖掘故障特征，建立故障树，通过故障树对异常监测数据对应的故障类型进行初步识别，为现场人员的响应提供参考和指导。进一步地，当异常监测数据为颗粒度时，初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当异常监测数据为水含量时，初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当异常监测数据为运动粘度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当异常监测数据为温度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当异常监测数据为介电常数时，初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当异常监测数据为密度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

实施例二

图4是本发明一实施例提供的核电用汽轮机油品在线监测分析方法的流程图。如图4所示，本发明的核电用汽轮机油品在线监测分析方法包括以下步骤：

步骤S410：由油品在线监测机柜用于对来自汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；

具体地，在本发明一实施例中，汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度

步骤S420：经由DCS系统将汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至监控中心；

步骤S430：通过监控中心的基础数据分析模块对汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；

具体地，在本发明一实施例中，针对粘度、密度、介电常数、温度、水含量、颗粒度等六项监测数据，基础数据分析模块在选定的时间范围内对各项监测数据的最大值、最小值、平均值进行快速分析和统计。

步骤S440：通过监控中心的预警模块监测基础数据分析模块的分析结果，在汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；

具体地，在本发明一实施例中，预警模块320包括阈值报警单元和趋势分析预警单元。阈值报警单元针对润滑油六项在线监测数据，均可以实现高高、高、低、低低等四级报警功能，针对每项监测指标的异常报警信息可以快速通过邮件/短信方式快速通知相关专业人员。为了提前实现润滑油六项在线监测数据的预警，趋势分析预警单元针对润滑油六项在线监测数据均可以实现趋势报警功能，趋势报警模型包含斜率报警和平均值报警两种，当在线监测数据在一段时间内的平均值或者斜率超过或低于设定值时快速报警。

步骤S450：通过监控中心的故障诊断模块根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果。

具体地，在本发明一实施例中，针对汽轮机润滑油油品异常或设备故障等异常现象，可以通过收集汽轮机组常见的故障历史，挖掘故障特征，建立故障树，通过故障树对异常监测数据对应的故障类型进行初步识别，为现场人员的响应提供参考和指导。进一步地，当异常监测数据为颗粒度时，初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当异常监测数据为水含量时，初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当异常监测数据为运动粘度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当异常监测数据为温度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当异常监测数据为介电常数时，初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当异常监测数据为密度时，初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

与现有技术相比，本发明提供的核电用汽轮机油品在线监测分析系统和方法具有如下优点：

1.油箱取样口旁路的设计方案充分结合油箱现有的接口，因此，在现场实施期间，改造风险低，现场施工简单便捷，并能通过阀门的状态设置保证改造的可逆性，能够恢复原设计方案，对于重大设备安全运行影响低，改造风险小；

2.对油品水分、密度、粘度、颗粒度、介电常数、温度的监测，能够设置多种报警逻辑，提醒工程师关注润滑油及汽轮机运行状态；

3.根据已建立的故障树模型对报警进行智能故障诊断，能够准确为工程师提供初步诊断结果，减少人力工作量，提高智能化程度。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种核电用汽轮机油品在线监测分析系统，连接于汽轮机油箱，其特征在于，包括油品在线监测机柜、DCS系统和监控中心，其中，所述油品在线监测机柜用于对所述汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；所述DCS系统用于将所述汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至所述监控中心；所述监控中心包括基础数据分析模块、预警模块和故障诊断模块，所述基础数据分析模块用于对所述汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；所述预警模块用于监测所述基础数据分析模块的分析结果，在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；所述故障诊断模块用于根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果；

所述油品在线监测机柜通过第一取样管和第二取样管连接于所述汽轮机油箱，所述第一取样管连接于所述汽轮机油箱的人工取油口，所述第二取样管连接于所述汽轮机油箱的回油注油口；

所述预警模块包括阈值报警单元和趋势分析预警单元，所述阈值报警单元用于通过高高报警、低低报警、低报警和高报警四级报警机制监测所述汽轮机润滑油油品在线监测数据，并在发生异常时发送报警信息至管理人员；所述趋势分析预警单元用于在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据的平均值或斜率异常时快速报警。

2.根据权利要求1所述的核电用汽轮机油品在线监测分析系统，其特征在于，所述汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度。

3.根据权利要求2所述的核电用汽轮机油品在线监测分析系统，其特征在于，当所述异常监测数据为颗粒度时，所述初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当所述异常监测数据为水含量时，所述初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当所述异常监测数据为运动粘度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当所述异常监测数据为温度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当所述异常监测数据为介电常数时，所述初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当所述异常监测数据为密度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

4.一种核电用汽轮机油品在线监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

由油品在线监测机柜用于对来自汽轮机油箱的润滑油进行分析化验，生成汽轮机润滑油油品在线监测数据；由所述油品在线监测机柜通过第一取样管和第二取样管连接于所述汽轮机油箱，所述第一取样管连接于所述汽轮机油箱的人工取油口，所述第二取样管连接于所述汽轮机油箱的回油注油口；

经由DCS系统将所述汽轮机润滑油油品在线监测数据发送至监控中心；

通过所述监控中心的基础数据分析模块对所述汽轮机润滑油油品在线监测数据进行计算分析；

通过所述监控中心的预警模块监测所述基础数据分析模块的分析结果，在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据异常时，生成报警信息；以及

通过所述监控中心的故障诊断模块根据异常监测数据，利用故障树生成初步诊断结果；

通过所述预警模块的阈值报警单元通过高高报警、低低报警、低报警和高报警四级报警机制监测所述汽轮机润滑油油品在线监测数据，并在发生异常时时发送报警信息至管理人员；通过所述预警模块的趋势分析预警单元用于在所述汽轮机润滑油油品在线监测数据的平均值或斜率异常时快速报警。

5.根据权利要求4所述的核电用汽轮机油品在线监测分析方法，其特征在于，所述汽轮机润滑油油品在线监测数据包括颗粒度、水含量、运动粘度、介电常数、温度、密度。

6.根据权利要求5所述的核电用汽轮机油品在线监测分析方法，其特征在于，当所述异常监测数据为颗粒度时，所述初步诊断结果为汽轮机轴承磨损、主油箱密封性差、轴封系统漏气或油净化装置降级或失效；当所述异常监测数据为水含量时，所述初步诊断结果为轴封间隙异常、主机润滑油箱排烟风机出力调整异常、润滑油冷油器泄漏或润滑油滤油机除水效果异常；当所述异常监测数据为运动粘度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化；当所述异常监测数据为温度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或轴承异常磨损；当所述异常监测数据为介电常数时，所述初步诊断结果为润滑油中水分超标或汽轮机轴承磨损；当所述异常监测数据为密度时，所述初步诊断结果为润滑油冷却器降级或失效或润滑油油品劣化。

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