CN110513160A - 一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法 - Google Patents

一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法 Download PDF

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Abstract

一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法,涉及汽轮机安全监控领域,为了对汽轮机组进水、进冷故障进行检测，及预测机组未来进水或冷蒸汽可能性。该方法为：步骤一、测量初始时刻的运行参数T1；步骤二、一个增量时间步长后测量当前时刻的运行参数T2，根据(T2‑T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，则进水、进冷故障权重为Y*(T1/Ta)；其中，Ta为运行参数对应的报警阈值；步骤三、当Y*(T1/Ta)小于1时，返回步骤二；当Y*(T1/Ta)大于或等于1时，对汽轮机进水、进冷故障进行预警，然后返回步骤二；直至结束预警监测工作。本发明适用于对汽轮机进水、进冷进行报警及预警。

Description

一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法
技术领域
本发明涉及汽轮机安全监控领域。
背景技术
汽轮机组的事故和灾害是电网安全稳定运行的重大威胁之一。随着汽轮机容量的增大、机组的热力系统和本体结构越来越复杂，发生汽轮机进水、冷蒸汽进入的事故可能性也相应增大。汽轮机进水事故及水冲击事故，实际上是水或冷蒸汽进入汽轮机，导致汽轮机结构严重损坏、机械故障和非计划停机。目前安全仪器系统(SIS)等智能化系统内的防进水、进冷的模块，是基于故障树模型，故障的特征判据多基于以往机组经验做故障监测，即故障发生后对故障进行报警并给出处理方案，但此时故障发生已成为既定事实，无法避免造成损失。
为解决上述问题，亟需开发一套实时检测、故障预警和诊断汽轮机防进水、冷蒸汽的在线安全预警系统，监视和诊断汽轮机在运行和启停过程中是否进水或冷蒸汽，预测机组未来进水或冷蒸汽可能性，并给出规避建议，有效地确保汽轮机设备的安全运行。
发明内容
本发明的目的是为了对汽轮机组进水、进冷故障进行检测，及预测机组未来进水或冷蒸汽可能性，从而提供一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法。
本发明所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，该方法包括：
报警方法：
对主蒸汽系统、再热蒸汽系统、回热系统和轴封系统分别进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，提示运行人员进行检查和操作；
预警方法：
步骤一、测量初始时刻的运行参数T1；
步骤二、一个增量时间步长后测量当前时刻的运行参数T2，根据(T2-T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，则进水、进冷故障权重为Y*(T1/Ta)；
其中，Ta为运行参数对应的报警阈值；
步骤三、当Y*(T1/Ta)小于1时，返回步骤二；当Y*(T1/Ta)大于或等于1时，对汽轮机进水、进冷故障进行预警，然后返回步骤二；直至结束预警监测工作。
优选的是，步骤二中根据(T2-T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，具体为：
当(T2-T1)/T1≤-0.537时，Y＝0.7；
当-0.537＜(T2-T1)/T1≤-0.279时，Y＝0.8；
当-0.279＜(T2-T1)/T1≤-0.132时，Y＝0.9；
当-0.132＜(T2-T1)/T1≤+0.094时，Y＝1.0；
当+0.094＜(T2-T1)/T1≤+0.232时，Y＝1.1；
当+0.232＜(T2-T1)/T1≤+0.397时，Y＝1.15；
当(T2-T1)/T1＞+0.397时，Y＝1.2。
优选的是，对主蒸汽系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
1)主蒸汽系统处于正常运行或启停状态下：
当锅炉出口过热蒸汽温降率大于5℃/min，且锅炉出口过热蒸汽温与汽机侧主汽温之差大于20℃，则进行“主汽温度降低过快”报警；
当电动主汽门前主汽温突降，且主汽过热度小于80℃，则进行“主汽过热度太低”报警，如果主汽温降率大于5℃/min，则进一步进行“主蒸汽带水”报警；
当主蒸汽管道上下壁温差大于40℃、主蒸汽管道上下壁温差变化率大于5℃/min，且电动主汽门前主汽温突降，温降率大于5℃/min，则进行“主蒸汽带水”报警；
2)主蒸汽系统处于静止或盘车工况下：
当主蒸汽管道上下壁温差大于40℃或主蒸汽管道上下壁温差变化率大于5℃/min，则进行“主蒸汽管道积水”报警；
当高压内缸内壁上下温差大于50℃，则进行“高压缸已进水”报警。
优选的是，对再热蒸汽系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
1)再热蒸汽系统处于正常运行或启停状态下：
当再热主阀前再热蒸汽温度突降，且再热蒸汽过热度小于60℃，则进行“再热蒸汽过热度太低”报警，如果再热蒸汽温降率大于3℃/min，则进一步进行“再热蒸汽带水”报警；
当再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃、再热蒸汽管道上下壁温差变化率大于3℃/min，且再热主阀前再热蒸汽温度突降，温降率大于3℃/min，则进行“再热蒸汽带水”报警；
2)再热蒸汽系统处于静止或盘车工况下：
当再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃或再热蒸汽管道上下壁温差变化率大于3℃/min，则进行“再热蒸汽管道积水”报警；
当中压内缸内壁上下温差大于40℃，则进行“中压缸已进水”报警。
优选的是，对回热系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
当高压加热器系统水位达到高Ⅱ值时，进行报警；
当机组在正常或启停工况，除氧器水位达到2000mm以上时，进行报警。
优选的是，对轴封系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
当机组在正常或启停工况，轴封蒸汽的过热度小于50℃且轴封蒸汽温度的温降率大于5℃/min，则进行“轴封蒸汽带水”报警。
本发明提供了一种智能化汽轮机组进水、进冷安全报警及预警方法，从而取代常规控制手段，基于分析汽轮机进水、进冷故障主要因素，逐一提取各种因素、各个环节关键参数和初期特征，预测机组未来进水或冷蒸汽可能性。本发明能够准确识别汽轮机组故障特征和先兆特征，给调试和运行人员足够的反应时间，并提出相关的处置建议和措施，提高汽轮机组的安全性。本发明实现了基于汽轮机运行数据的进水、进冷故障预测功能，指导运行人员对根据系统提示调整机组，避免进水、进冷发生。
附图说明
图1是具体实施方式中的进水、进冷预警流程图；
图2是具体实施方式中的汽轮机进水、进冷故障诊断系统。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，该方法包括：
报警方法：
对主蒸汽系统、再热蒸汽系统、回热系统和轴封系统分别进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，提示运行人员进行检查和操作；
预警方法：
步骤一、测量初始时刻的运行参数T1；
步骤二、一个增量时间步长后测量当前时刻的运行参数T2，根据(T2-T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，则进水、进冷故障权重为Y*(T1/Ta)；
其中，Ta为运行参数对应的报警阈值；
步骤三、当Y*(T1/Ta)小于1时，返回步骤二；当Y*(T1/Ta)大于或等于1时，对汽轮机进水、进冷故障进行预警，然后返回步骤二；直至结束预警监测工作。
1.汽轮机进水、进冷故障诊断：
在理论分析的基础上结合现场实际情况，建立一套汽轮机防进水、进冷故障库，在线监测、诊断运行参数。本故障库根据汽轮机不同位置处热电偶测点各时刻的温度及变化率作为输入，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。
从诊断机理出发，按发生进水事故的来源，将诊断系统具体划分为6个一级诊断子系统。如图2为汽轮机进水、进冷故障诊断系统图。
汽轮机进水、进冷故障库具体内容为：
(1)正常或启停状态下主蒸汽系统诊断逻辑分析
A：锅炉出口过热蒸汽温降率大于5℃/min，锅炉出口过热蒸汽温与汽机侧主汽温之差大于20℃，则进行“主汽温度降低过快”报警，提醒运行人员进行检查和操作调整。
B：电动主汽门前主汽温度突降，同时主蒸汽过热度小于80℃，则进行“主汽过热度太低”报警，如果还存在主汽温降率大于5℃/min，则可进一步诊断出“主蒸汽带水”，报警提醒运行人员进行检查和操作调整。
C：主蒸汽管道上下壁温差大于40℃、主蒸汽管道上下壁温差变化率大于5℃/min，且电动主汽门主汽温突降，温降率大于5℃/min。3个条件同时成立则进行“主蒸汽带水”报警。
(2)静止或盘车工况下主蒸汽系统诊断逻辑分析
当主蒸汽管道上下壁温差大于40℃或其温差变化率大于5℃/min，2个条件即便有一个成立，则诊断出“主蒸汽管道积水”；高压内缸内壁上下温差大于50℃，则可进一步诊断出“高压缸已进水”，发生汽轮机进水事故。
(3)正常或启停状态下再热蒸汽系统诊断逻辑分析
A：再热主阀前蒸汽温度突降，同时再热蒸汽过热度小于60℃，可以诊断出“再热蒸汽过热度太低”，如果还存在再热蒸汽温降率大于3℃/min，则诊断出“再热蒸汽带水”，提醒运行人员进行检查和操作调整。
B：再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃、其温差变化率大于3℃/min，再热主阀前再热蒸汽温度突降，温降率大于3℃/min。3个条件同时成立则可以诊断出“再热蒸汽带水”。
(4)静止或盘车工况下再热蒸汽系统诊断逻辑分析
当再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃或其温差变化率大于3℃/min，2个条件即便有一个成立，则诊断出“再热蒸汽管道积水”；中压内缸内壁上下温差大于40℃，则可进一步诊断出“中压缸已进水”，发生汽轮机进水事故。
(5)回热系统汽轮机诊断逻辑分析
A：高压加热器系统，当存在高压加热器泄漏或疏水调节阀故障工况，使2台高压加热器有1台水位达到高Ⅱ值时显示报警。并提示运行人员检查有关系统，采取措施消除事故隐患。高Ⅱ值为水位高度值，为机组的性能参数。
B：除氧器系统，当机组在正常或启停工况，除氧器水位达到2000mm以上时进行报警，并提示运行人员检查有关系统，采取措施消除事故隐患。
(6)轴封系统汽轮机防进水诊断逻辑分析
当机组在正常或启停工况，轴封蒸汽的过热度小于50℃，并且轴封蒸汽温度的温降率大于5℃/min，则诊断出“轴封蒸汽带水”。
诊断逻辑分析得到了进水、进冷故障的具体原因。
2、汽轮机进水、进冷预警功能的设计与实现：
现有汽轮机故障诊断专家系统仅对采集到的数据进行特征分析，对系统的故障状态进行判断，无法达到故障预警的目的。汽轮机进水、进冷发生前会有一定的征兆，若能及时发现这些征兆，就可以预测汽轮机进水、进冷的发生。
以(3)中的B为例，取故障判据为再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃，则进水、进冷预警按照以下步骤进行：
步骤一、监测开始后通过再热蒸汽管道上下壁温度测点测量实时温度，计算此时刻再热蒸汽管道上下壁温差T1，此时进水、进冷故障权重为T1/Ta；Ta为运行参数对应的报警阈值，此时取30℃；
步骤二：一分钟后重复测量，再热蒸汽管道上下壁温差为T2，若(T2-T1)/T1值处于某一数据偏差范围内，则取放大偏差为Y，此时进水、进冷故障权重为Y*(T1/Ta)；
步骤三、当Y*(T1/Ta)大于或等于1时，代表汽轮机进水、进冷故障即将发生，对汽轮机进水、进冷故障进行预警，然后返回步骤二，否则直接返回步骤二；
重复步骤二和步骤三，直至结束预警监测工作。
对于放大偏差Y有如下定义：
当(T2-T1)/T1≤-0.537时，Y＝0.7；
当-0.537＜(T2-T1)/T1≤-0.279时，Y＝0.8；
当-0.279＜(T2-T1)/T1≤-0.132时，Y＝0.9；
当-0.132＜(T2-T1)/T1≤+0.094时，Y＝1.0；
当+0.094＜(T2-T1)/T1≤+0.232时，Y＝1.1；
当+0.232＜(T2-T1)/T1≤+0.397时，Y＝1.15；
当(T2-T1)/T1＞+0.397时，Y＝1.2。

Claims (6)

1.一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，该方法包括：
报警方法：
对主蒸汽系统、再热蒸汽系统、回热系统和轴封系统分别进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，提示运行人员进行检查和操作；
预警方法：
步骤一、测量初始时刻的运行参数T1；
步骤二、一个增量时间步长后测量当前时刻的运行参数T2，根据(T2-T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，则进水、进冷故障权重为Y*(T1/Ta)；
其中，Ta为运行参数对应的报警阈值；
步骤三、当Y*(T1/Ta)小于1时，返回步骤二；当Y*(T1/Ta)大于或等于1时，对汽轮机进水、进冷故障进行预警，然后返回步骤二；直至结束预警监测工作。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，步骤二中根据(T2-T1)/T1的取值确定放大偏差Y的取值，具体为：
当(T2-T1)/T1≤-0.537时，Y＝0.7；
当-0.537＜(T2-T1)/T1≤-0.279时，Y＝0.8；
当-0.279＜(T2-T1)/T1≤-0.132时，Y＝0.9；
当-0.132＜(T2-T1)/T1≤+0.094时，Y＝1.0；
当+0.094＜(T2-T1)/T1≤+0.232时，Y＝1.1；
当+0.232＜(T2-T1)/T1≤+0.397时，Y＝1.15；
当(T2-T1)/T1＞+0.397时，Y＝1.2。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，对主蒸汽系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
1)主蒸汽系统处于正常运行或启停状态下：
当锅炉出口过热蒸汽温降率大于5℃/min，且锅炉出口过热蒸汽温与汽机侧主汽温之差大于20℃，则进行“主汽温度降低过快”报警；
当电动主汽门前主汽温突降，且主汽过热度小于80℃，则进行“主汽过热度太低”报警，如果主汽温降率大于5℃/min，则进一步进行“主蒸汽带水”报警；
当主蒸汽管道上下壁温差大于40℃、主蒸汽管道上下壁温差变化率大于5℃/min，且电动主汽门前主汽温突降，温降率大于5℃/min，则进行“主蒸汽带水”报警；
2)主蒸汽系统处于静止或盘车工况下：
当主蒸汽管道上下壁温差大于40℃或主蒸汽管道上下壁温差变化率大于5℃/min，则进行“主蒸汽管道积水”报警；
当高压内缸内壁上下温差大于50℃，则进行“高压缸已进水”报警。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，对再热蒸汽系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
1)再热蒸汽系统处于正常运行或启停状态下：
当再热主阀前再热蒸汽温度突降，且再热蒸汽过热度小于60℃，则进行“再热蒸汽过热度太低”报警，如果再热蒸汽温降率大于3℃/min，则进一步进行“再热蒸汽带水”报警；
当再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃、再热蒸汽管道上下壁温差变化率大于3℃/min，且再热主阀前再热蒸汽温度突降，温降率大于3℃/min，则进行“再热蒸汽带水”报警；
2)再热蒸汽系统处于静止或盘车工况下：
当再热蒸汽管道上下壁温差大于30℃或再热蒸汽管道上下壁温差变化率大于3℃/min，则进行“再热蒸汽管道积水”报警；
当中压内缸内壁上下温差大于40℃，则进行“中压缸已进水”报警。
5.根据权利要求1所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，对回热系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
当高压加热器系统水位达到高Ⅱ值时，进行报警；
当机组在正常或启停工况，除氧器水位达到2000mm以上时，进行报警。
6.根据权利要求1所述的一种汽轮机进水、进冷安全报警及预警方法，其特征在于，对轴封系统进行检测，判断运行参数是否达到报警阈值，当达到报警阈值时，进行报警，具体为：
当机组在正常或启停工况，轴封蒸汽的过热度小于50℃且轴封蒸汽温度的温降率大于5℃/min，则进行“轴封蒸汽带水”报警。
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