CN111103451B - 核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站汽轮机辅助系统技术领域，具体涉及一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置。所述测量信号由一划痕探测器采集；所述方法包括：实时采样由所述划痕探测器采集的原始测量信号；判断所述原始测量信号的电压是否满足预设的输出标准；若不满足预设的输出标准，则判定所述原始测量信号为尖峰信号；限制所述尖峰信号的后续输出直到该尖峰信号的电压满足预设的输出标准；其中，在限制所述尖峰信号输出期间，控制所述尖峰信号按照限制之前的采样点电压进行输出。本申请通过采用先判断后限制的方式来识别和消除尖峰信号，同时限制期间控制该尖峰信号按照限制之前的采样点电压输出，可保证测量卡件获得的测量信号更加的真实可靠。

Description

核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置

技术领域

本发明涉及核电站汽轮机辅助系统技术领域，特别是涉及一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置。

背景技术

汽轮机是一种将蒸汽热能转化为机械能的外燃回转式机械。通常来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。

而在核电站中，汽轮机作为核动力装置，其主要是接收由原子核裂变产生的热能，然后将该热能转换成机械能，该机械能作用于发电机后借由该发电机产生电能，从而实现发电；由此可见，汽轮机作为核电站发电系统中的重要设备，保障其安全、可靠的运行显得尤为重要。传统为了保证汽轮机的正常工作，会在汽轮机的转子上设置多个测试点，以动态跟踪转子的工作状态；但是，由于汽轮机转子上某些测点位置(例如偏心和轴振动)存在划痕，导致盘车、冲转和带功率运行时，划痕探测器探测到的原始测量信号存在尖峰，每个转动周期出现一次。由于尖峰信号与转子转动频率相同，所以运用常规滤波器不能消除该尖峰信号，从而不能为机组运行提供真实的信号测量和反馈。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置。

一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，所述测量信号由一划痕探测器采集；所述方法包括：

实时采样由所述划痕探测器采集的原始测量信号；

判断所述原始测量信号的电压是否满足预设的输出标准；若不满足预设的输出标准，则判定所述原始测量信号为尖峰信号；

限制所述尖峰信号的后续输出直到该尖峰信号的电压满足预设的输出标准；

其中，在限制所述尖峰信号输出期间，控制所述尖峰信号按照限制之前的采样点电压进行输出。

在其中一个实施例中，所述预设的输出标准根据采样的若干所述原始测量信号的电压平均值和组态的脉冲峰值进行动态调整。

在其中一个实施例中，所述电压平均值的计算步骤，包括：

将采样的若干原始测量信号分成若干组；其中，每组包括的原始测量信号的个数与原始测量信号的组数相同；

分别对每组原始测量信号的平均值进行计算以生成一瞬时平均值，并对生成的各所述瞬时平均值进行存储；

根据生成的各所述瞬时平均值计算各所述原始测量信号的电压平均值。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

若检测到有新的瞬时平均值产生，则以该瞬时平均值替换掉存储的数据中存储时间最久的瞬时平均值；

根据新的瞬时平均值与存储时间最久的瞬时平均值之间的差值重新计算各所述原始测量信号的电压平均值。

在其中一个实施例中，每组原始测量信号包括256个原始测量信号。

在其中一个实施例中，所述预设的输出标准包括一最小电压值和一最大电压值；所述原始测量信号的电压介于所述最小电压值和所述最大电压值之间时即可输出；

其中，所述最小电压值为所述电压平均值减去所述组态的脉冲峰值后得到；

所述最大电压值为所述电压平均值加上所述组态的脉冲峰值后得到。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取所述尖峰信号的持续时间；

将所述持续时间作预设的扩展后作为新的输出滞后时间。

在其中一个实施例中，所述预设的扩展为在所述持续时间的基础上增加25％的额外时间。

基于同样的发明构思，还提供一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置，所述装置被配置为执行前述任一所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法。

在其中一个实施例中，所述装置电连接在一划痕探测器与一测量卡件之间；所述装置用于将所述划痕探测器采集的原始测量信号处理后输出至所述测量卡件。

在其中一个实施例中，所述装置包括一模数转换器，一处理器和一数模转换器；

所述模数转换器的输入端与所述划痕探测器的输出端连接，所述模数转换器的输出端与所述处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述测量卡件的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述划痕探测器包括一电涡流传感器。

上述核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法和装置，通过实时采样由所述划痕探测器采集的原始测量信号；判断所述原始测量信号的电压是否满足预设的输出标准；若不满足预设的输出标准，则判定所述原始测量信号为尖峰信号；限制所述尖峰信号的后续输出直到该尖峰信号的电压满足预设的输出标准；其中，在限制所述尖峰信号输出期间，控制所述尖峰信号按照限制之前的采样点电压进行输出。也即是说，本申请通过采用先判断后限制的方式来识别和消除尖峰信号，同时，限制期间控制该尖峰信号按照限制之前的采样点电压输出，可保证测量卡件获得的测量信号更加的真实、可靠。

附图说明

图1为一实施例中的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法流程示意图；

图2为一实施例中的电压平均值的计算流程示意图；

图3为另一实施例中的电压平均值的计算流程示意图；

图4为一另实施例中的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法的流程示意图；

图5为一实施例中的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置的模块图；

图6为一实施例中的判定有尖峰信号时原始测量信号的波形图；

图7为一实施例中的尖峰信号的处理方法示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

传统的核电站汽轮机转子上某些测点位置(例如偏心和轴振动)可能存在划痕，导致盘车、冲转和带功率运行时，划痕探测器探测到的原始测量信号存在尖峰。如果不对该尖峰信号进行有效滤除的话，将会导致测量的数据偏心度和轴振偏高，偏心度高和轴振高将触发主控报警，冲转阶段汽轮机轴振高到跳机值时，将手动打闸，停止冲转。若汽轮机偏心/振动真实高，严重的可导致大轴磨损及弯曲，后期修复时间长费用高，将给核电站造成巨大经济损失。如何滤除转子划痕测量信号中的尖峰信号从而为机组运行提供真实的信号测量和反馈是亟需解决的问题。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的技术方案，本申请将通过以下实施例进行详细描述。

请先参阅图5，为本申请提供的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置的模块图；该装置被配置为执行一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法。其中，该方法之如何实现将在后续实施例中进行详细阐述。

具体地，如图5所示，同时辅助参阅图6，该装置20电连接在一划痕探测器10与一测量卡件30之间；该装置20主要用于将划痕探测器10采集的原始测量信号SIG1进行处理后输出至测量卡件30，这里的处理，也即是利用前述所述的方法对原始测量信号SIG1中的尖峰信号进行消除，从而输出一个不包含尖峰信号的输出信号SIG2至测量卡件30，可以理解，当原始测量信号SIG1不包含尖峰信号时，该输出信号SIG2和原始测量信号SIG1相同；从而使得输入至测量卡件30的测量信号更加真实、可靠。可选地，该划痕探测器10可以包括一电涡流传感器(图未示)，该电涡流传感器用于测量被测体与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

一些实施例中，该装置20可以包括一模数转换器210，一数模转换器220和一处理器230；其中，该模数转换器210的输入端与划痕探测器10的输出端连接，模数转换器210的输出端与处理器220的输入端连接，处理器220的输出端与数模转换器230的输入端连接，数模转换器230的输出端与测量卡件30的输入端连接。

具体地，可辅助参阅图6，可通过16bit的模数转换器210以10ksps的速度来实时采样划痕探测器10采集的原始测量信号SIG1，经由处理器220(可选为CPU，中央处理器)对原始测量信号SIG1中的尖峰信号进行滤除之后，再通过16bit的数模转换器230将输出信号SIG2转换并进行一定的延时T1后输出至测量卡件30。本具体实施例中，处理器220对于原始测量信号SIG1的处理规则可以为：正常信号直接输出；尖峰信号按拐点处上一个采样点电压(即图6中的U2)输出。

基于前述对本申请的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置的功能表述，可将本申请的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置20视为滤波装置，例如滤波器。

请参阅图1，为本申请所提供的实施例一中的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法的流程示意图。同时辅助参阅图5，所述测量信号SIG1由一划痕探测器采集；所述方法包括步骤S110-S120；

步骤S110，实时采样由所述划痕探测器采集的原始测量信号。

步骤S120，判断所述原始测量信号的电压是否满足预设的输出标准；若不满足预设的输出标准，则判定所述原始测量信号为尖峰信号。

具体地，本具体实施例中，预设的输出标准可以根据采样的若干原始测量信号SIG1的电压平均值和组态的脉冲峰值进行动态调整。其中，组态可以理解为工业控制中的图形界面操作系统，一方面连接现场设备，将采集的现场数据存储，另一方面通过动画、曲线等方式将现场数据以动态体现在图形界面，操作图形界面即可控制现场设备。

进一步地，本申请的预设的输出标准包括一最小电压值MIN和一最大电压值MAX；当原始测量信号SIG1的电压介于最小电压值和所述最大电压值之间时即可输出；也即是说，当原始测量信号SIG1在[MAX，MIN]范围之内时，输出信号SIG2和原始测量信号SIG1相同。

详细而言，本申请的最小电压值为电压平均值减去组态的脉冲峰值后得到；最大电压值为电压平均值加上所述组态的脉冲峰值后得到。

请辅助参阅图2，为一实施例中的电压平均值的计算方法流程示意图。该方法可以包括步骤S210-S230；

步骤S210，将采样的若干原始测量信号分成若干组；其中，每组包括的原始测量信号的个数与原始测量信号的组数相同。

步骤S220，分别对每组原始测量信号的平均值进行计算以生成一瞬时平均值，并对生成的各所述瞬时平均值进行存储。

步骤S230，根据生成的各所述瞬时平均值计算各所述原始测量信号的电压平均值。

具体地，每组原始测量信号可以包括256个原始测量信号SIG1，相应地，原始测量信号的组数就为256组，从而产生256个瞬时平均值，在存储时，将生成的各瞬时平均值放入滑动窗口队列，该队列中保存最新生成的256个瞬时平均值。另外，由于仅对瞬时平均值进行了存储，所以，本方法仅需要256个存储单元即可实现65536个原始测量信号的平均值计算，从而可显著降低运算量。

进一步地，请辅助参阅图3，在该步骤S230之后，该电压平均值的计算步骤，还可以包括步骤S310-S320。

步骤S310，若检测到有新的瞬时平均值产生，则以该瞬时平均值替换掉存储的数据中存储时间最久的瞬时平均值。

步骤S320，根据新的瞬时平均值与存储时间最久的瞬时平均值之间的差值重新计算各所述原始测量信号的电压平均值。

具体地，在256个瞬时平均值队列中，每一个值都是256个原始测量信号的平均值。当新的256个原始测量信号产生以后，计算出最新的一个瞬时平均值(记为new_item)，将其放入队列中覆盖掉存储时间最久的一个瞬时平均值(记为old_item)，这样就形成一个滑动窗口队列。同时，存储了整个队列的和值(记为sum)，用原始队列的和值sum加上新瞬时平均值new_item与旧瞬时平均值old_item之间的差值就能得到新的队列的和值，再根据新产生的队列和值重新计算电压平均值，从而不需要再进行全部256个瞬时平均值的累加计算，亦可以降低运算量和复杂度。

步骤S130，限制所述尖峰信号的后续输出直到该尖峰信号的电压满足预设的输出标准；

其中，在限制所述尖峰信号输出期间，控制所述尖峰信号按照限制之前的采样点电压进行输出。

具体地，可辅助参阅图7，初始状态下输出信号SIG2的电压值等于原始测量信号SIG1的电压值，滞后时间为组态的最大脉冲宽度时间。如果原始测量信号SIG1的电压值超过了[MAX，MIN]范围，则输出信号SIG2的电压维持在当前输出值(也即是限制前的采样点电压)，直到原始测量信号SIG1的电压返回到[MAX，MIN]范围。

一些实施例中，请参阅图4，本申请的方法还可以包括步骤S410-S420。

步骤S410，获取所述尖峰信号的持续时间。

步骤S420，将所述持续时间作预设的扩展后作为新的输出滞后时间。

具体地，本具体实施例中的尖峰信号的持续时间可通过检测尖峰信号的最大脉冲宽度得到，然后控制输出滞后时间自动根据检测到的脉冲宽度进行调整。

详细而言，在汽轮机的转子转速改变的情况下，脉冲信号的频率、宽度都会随之改变。为了尽量减少原始波形损失和完整过滤脉冲信号，同时适应脉冲信号的改变，需要调整信号的输出滞后时间。如果输出滞后时间过小，对于低频信号，不能完整过滤脉冲；输出滞后时间过大，会过多的损失原始波形。

接上述描述，当检测到原始测量信号SIG1电压超出预设的输出标准时，因为实际上原始测量信号SIG1电压已经出现了一部分的尖峰，所以将检测到的尖峰脉冲宽度做一个扩展，扩展量为25％，也即是在持续时间的基础上增加25％的额外时间。这个扩展量能够在转速没有发生很快变化的情况下，避免输出信号中出现部分脉冲波形。

综上，本申请通过采用先判断后限制的方式来识别和消除尖峰信号，同时，限制期间控制该尖峰信号按照限制之前的采样点电压输出，可保证测量卡件获得的测量信号更加的真实、可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，所述测量信号由一划痕探测器采集；所述方法包括：

实时采样由所述划痕探测器采集的原始测量信号；

判断所述原始测量信号的电压是否满足预设的输出标准；若不满足预设的输出标准，则判定所述原始测量信号为尖峰信号；

限制所述尖峰信号的后续输出直到该尖峰信号的电压满足预设的输出标准；

其中，在限制所述尖峰信号输出期间，控制所述尖峰信号按拐点处上一个采样点电压进行输出。

2.根据权利要求1所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，所述预设的输出标准根据采样的若干原始测量信号的电压平均值和组态的脉冲峰值进行动态调整。

3.根据权利要求2所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，所述电压平均值的计算步骤，包括：

将采样的若干原始测量信号分成若干组；其中，每组包括的原始测量信号的个数与原始测量信号的组数相同；

分别对每组原始测量信号的平均值进行计算以生成一瞬时平均值，并对生成的各所述瞬时平均值进行存储；

根据生成的各所述瞬时平均值计算各所述原始测量信号的电压平均值。

4.根据权利要求3所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，还包括：

若检测到有新的瞬时平均值产生，则以该瞬时平均值替换掉存储的数据中存储时间最久的瞬时平均值；

根据新的瞬时平均值与存储时间最久的瞬时平均值之间的差值重新计算各所述原始测量信号的电压平均值。

5.根据权利要求3所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，每组原始测量信号包括256个原始测量信号。

6.根据权利要求2所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，所述预设的输出标准包括一最小电压值和一最大电压值；所述原始测量信号的电压介于所述最小电压值和所述最大电压值之间时即可输出；

其中，所述最小电压值为所述电压平均值减去所述组态的脉冲峰值后得到；

所述最大电压值为所述电压平均值加上所述组态的脉冲峰值后得到。

7.根据权利要求1-6任一项所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，还包括：

获取所述尖峰信号的持续时间；

将所述持续时间作预设的扩展后作为新的输出滞后时间。

8.根据权利要求7所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法，其特征在于，所述预设的扩展为在所述持续时间的基础上增加25％的额外时间。

9.一种核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置，其特征在于，所述装置被配置为执行如权利要求1-8任一项所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理方法。

10.根据权利要求9所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置，其特征在于，所述装置电连接在一划痕探测器与一测量卡件之间；所述装置用于将所述划痕探测器采集的原始测量信号处理后输出至所述测量卡件。

11.根据权利要求10所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置，其特征在于，所述装置包括一模数转换器，一处理器和一数模转换器；

所述模数转换器的输入端与所述划痕探测器的输出端连接，所述模数转换器的输出端与所述处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述测量卡件的输入端连接。

12.根据权利要求10所述的核电站汽轮机转子划痕测量信号处理装置，其特征在于，所述划痕探测器包括一电涡流传感器。

Images