CN113701801A - 一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，包括以下步骤：在高压电极锅炉的外部保护装置中设置报警参数及采样处理参数；通过传感器周期性获取高压电极锅炉的循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量；对每个周期采集到的高压电极锅炉电极电流进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并与报警参数对比，若谐波数据不超过报警参数，则不发出产氢报警，若谐波数据超过报警参数，则发出产氢报警；通过传感器周期性获取高压电极锅炉循环泵转速、输入电压及电极电流三个采集量，能够通过谐波电流分析喷射式高压电极锅炉异常产氢，应用于现场时有助于提高高压电极锅炉安全性。

Description

一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法

技术领域

本发明涉及能源安全技术领域，具体为一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法。

背景技术

能源领域，随着碳达峰碳中和目标的提出，高压电极锅炉逐步取代燃煤锅炉，发挥热电解耦功能及清洁低碳特点，在工业及民生领域起到重要作用。喷射式高压电极锅炉是高压电极锅炉中的一个重要分支，有证据表明，在其工作过程中可能产生氢气。氢气在空气中的爆炸极限为4％～75.6％，喷射式高压电极锅炉内部一旦产生氢气，将对安全运行及维护工作造成极其不利的影响。现有技术中，缺乏对喷射式高压电极锅炉异常产氢方面的报警技术，导致喷射式高压电极锅炉使用时存在一定的隐患

基于此，本发明设计了一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，通过传感器周期性获取高压电极锅炉循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量，并对每个采样周期对电流采集量进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并报警参数对比，能够通过谐波电流分析喷射式高压电极锅炉异常产氢，能够辅助高压电极锅炉优化设计，应用于现场时有助于提高高压电极锅炉安全性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，包括以下步骤：

S1，在高压电极锅炉的外部保护装置中设置报警参数及采样处理参数；

S2，通过传感器周期性获取高压电极锅炉的循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量；

S3，对每个周期采集到的高压电极锅炉电极电流进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并与报警参数对比，若谐波数据不超过报警参数，则不发出产氢报警，若谐波数据超过报警参数，则发出产氢报警。

优选的，所述采样处理参数包括采样频率F和采样周期T，通过传感器周期性获取的高压电极锅炉电极电流Ir、高压电极锅炉输入电压Ur和高压电极锅炉循环泵转速Nt，报警参数设定值包括电流总谐波失真设定值THD_Iset、各次谐波电流谐波失真设定值HD_Ikset、高压电极锅炉循环泵启动临界转速N_start和高压电极锅炉循环泵转速记录间隔系数n。

优选的，以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电流，通过快速傅里叶变换FFT计算得到电极电流I_r，不考虑40次以上谐波分量，

式中：I₀为电极电流直流分量，I_mk为k次谐波电流峰值，ω为基波角频率，φ_k为k次谐波初相角，k∈{1，2，3…39，40}。

优选的，根据I_mk计算得到k次谐波电流有效值I_kRMS

根据各次谐波电流有效值计算得到总电极电流有效值I_rRMS

计算电流总谐波失真THD_I，忽略间谐波和直流分量影响

计算各次电流谐波失真HD_Ik，忽略间谐波和直流分量影响

优选的，以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电压，通过快速傅里叶变换FFT计算得到高压电极锅炉输入电压U_r，不考虑40次以上谐波分量，采样时刻与I_r同步

式中：U₀为高压电极锅炉输入电压直流分量，U_mk为k次谐波电压峰值，ω为基波角频率，φ_k为k次谐波初相角。

优选的，根据U_mk计算得到k次谐波电压有效值U_kRMS

根据各次谐波电压有效值计算得到总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS

计算电压总谐波失真THD_U，忽略间谐波和直流分量影响

优选的，高压电极锅炉电流谐波数据超过报警设定值时，记录的电压参数包括记录该采样周期T内的总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS及电压总谐波失真THD_U。

优选的，所述高压电极锅炉电流谐波数据包括电流总谐波失真THD_I及各次谐波电流谐波失真HD_Ik，产氢报警为多目标触发，单个采样周期中，若电流总谐波失真THD_I不超过报警设定值THD_Iset，且各次谐波电流谐波失真HD_Ik不超过各对应报警设定值HD_Ikset，则不发出产氢报警；若THD_I超过报警设定值，或任意次谐波电流失真HD_Ik超过对应报警设定值HD_Ikset，认为高压电极锅炉内部发生异常放电，则发出产氢报警。

优选的，发出产氢报警时，将基于高压电极锅炉循环泵转速的高压电极锅炉工作状态、电压参数作为故障参数记录。

优选的，发出产氢报警时，记录该采样周期T内的高压电极锅炉循环泵转速中位数N_tmed；

当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉启动阶段；当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉工作停止阶段；当N_tmed＜N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉低转速其他工况；

当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷增长阶段；当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷降低阶段；当N_tmed＞N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉高转速其他工况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过传感器周期性获取高压电极锅炉循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量，并对每个采样周期对电流采集量进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并报警参数对比，能够通过谐波电流分析喷射式高压电极锅炉异常产氢，能够辅助高压电极锅炉优化设计，应用于现场时有助于提高高压电极锅炉安全性。

具体实施方式

下面将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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法技术方案：包括以下步骤：

S1，在高压电极锅炉的外部保护装置中设置报警参数及采样处理参数；

S2，通过传感器周期性获取高压电极锅炉的循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量；

S3，对每个周期采集到的高压电极锅炉电极电流进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并与报警参数对比，若谐波数据不超过报警参数，则不发出产氢报警，若谐波数据超过报警参数，则发出产氢报警。

其中，所述采样处理参数包括采样频率F和采样周期T，通过传感器周期性获取的高压电极锅炉电极电流Ir、高压电极锅炉输入电压Ur和高压电极锅炉循环泵转速Nt，报警参数设定值包括电流总谐波失真设定值THD_Iset、各次谐波电流谐波失真设定值HD_Ikset、高压电极锅炉循环泵启动临界转速N_start和高压电极锅炉循环泵转速记录间隔系数n。

其中，以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电流，通过快速傅里叶变换FFT计算得到电极电流I_r，不考虑40次以上谐波分量，

式中：I₀为电极电流直流分量，I_mk为k次谐波电流峰值，ω为基波角频率，φ_k为k次谐波初相角，k∈{1，2，3…39，40}。

其中，根据I_mk计算得到k次谐波电流有效值I_kRMS

根据各次谐波电流有效值计算得到总电极电流有效值I_rRMS

计算电流总谐波失真THD_I，忽略间谐波和直流分量影响

计算各次电流谐波失真HD_Ik，忽略间谐波和直流分量影响

其中，以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电压，通过快速傅里叶变换FFT计算得到高压电极锅炉输入电压U_r，不考虑40次以上谐波分量，采样时刻与I_r同步

式中：U₀为高压电极锅炉输入电压直流分量，U_mk为k次谐波电压峰值，ω为基波角频率，φ_k为k次谐波初相角。

其中，根据U_mk计算得到k次谐波电压有效值U_kRMS

根据各次谐波电压有效值计算得到总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS

计算电压总谐波失真THD_U，忽略间谐波和直流分量影响

其中，高压电极锅炉电流谐波数据超过报警设定值时，记录的电压参数包括记录该采样周期T内的总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS及电压总谐波失真THD_U。

其中，所述高压电极锅炉电流谐波数据包括电流总谐波失真THD_I及各次谐波电流谐波失真HD_Ik，产氢报警为多目标触发，单个采样周期中，若电流总谐波失真THD_I不超过报警设定值THD_Iset，且各次谐波电流谐波失真HD_Ik不超过各对应报警设定值HD_Ikset，则不发出产氢报警；若THD_I超过报警设定值，或任意次谐波电流失真HD_Ik超过对应报警设定值HD_Ikset，认为高压电极锅炉内部发生异常放电，则发出产氢报警。

其中，发出产氢报警时，将基于高压电极锅炉循环泵转速的高压电极锅炉工作状态、电压参数作为故障参数记录。

其中，发出产氢报警时，记录该采样周期T内的高压电极锅炉循环泵转速中位数N_tmed；

当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉启动阶段；当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉工作停止阶段；当N_tmed＜N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉低转速其他工况；

当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷增长阶段；当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷降低阶段；当N_tmed＞N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉高转速其他工况。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在高压电极锅炉的外部保护装置中设置报警参数及采样处理参数；

S2，通过传感器周期性获取高压电极锅炉的循环泵转速、高压电极锅炉输入电压及高压电极锅炉电极电流三个采集量；

S3，对每个周期采集到的高压电极锅炉电极电流进行快速傅里叶变换并处理，得到高压电极锅炉电流谐波数据并与报警参数对比，若谐波数据不超过报警参数，则不发出产氢报警，若谐波数据超过报警参数，则发出产氢报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：所述采样处理参数包括采样频率F和采样周期T，通过传感器周期性获取的高压电极锅炉电极电流Ir、高压电极锅炉输入电压Ur和高压电极锅炉循环泵转速Nt，报警参数设定值包括电流总谐波失真设定值THD_Iset、各次谐波电流谐波失真设定值HD_Ikset、高压电极锅炉循环泵启动临界转速N_start和高压电极锅炉循环泵转速记录间隔系数n。

3.根据权利要求2所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电流，通过快速傅里叶变换FFT计算得到电极电流I_r，不考虑40次以上谐波分量，

式中：I₀为电极电流直流分量，I_mk为k次谐波电流峰值，ω为基波角频率，

φ_k为k次谐波初相角，k∈{1，2，3…39，40}。

4.根据权利要求3所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：根据I_mk计算得到k次谐波电流有效值I_kRMS

根据各次谐波电流有效值计算得到总电极电流有效值I_rRMS

计算电流总谐波失真THD_I，忽略间谐波和直流分量影响

计算各次电流谐波失真HD_Ik，忽略间谐波和直流分量影响

5.根据权利要求2所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：以采样频率F和采样周期T，周期性通过传感器采集电压，通过快速傅里叶变换FFT计算得到高压电极锅炉输入电压U_r，不考虑40次以上谐波分量，采样时刻与I_r同步

式中：U₀为高压电极锅炉输入电压直流分量，U_mk为k次谐波电压峰值，

ω为基波角频率，φ_k为k次谐波初相角。

6.根据权利要求5所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：根据U_mk计算得到k次谐波电压有效值U_kRMS

根据各次谐波电压有效值计算得到总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS

计算电压总谐波失真THD_U，忽略间谐波和直流分量影响

7.根据权利要求6所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：高压电极锅炉电流谐波数据超过报警设定值时，记录的电压参数包括记录该采样周期T内的总高压电极锅炉输入电压有效值U_rRMS及电压总谐波失真THD_U。

8.根据权利要求1所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：所述高压电极锅炉电流谐波数据包括电流总谐波失真THD_I及各次谐波电流谐波失真HD_Ik，产氢报警为多目标触发，单个采样周期中，若电流总谐波失真THD_I不超过报警设定值THD_Iset，且各次谐波电流谐波失真HD_Ik不超过各对应报警设定值HD_Ikset，则不发出产氢报警；若THD_I超过报警设定值，或任意次谐波电流失真HD_Ik超过对应报警设定值HD_Ikset，认为高压电极锅炉内部发生异常放电，则发出产氢报警。

9.根据权利要求8所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：发出产氢报警时，将基于高压电极锅炉循环泵转速的高压电极锅炉工作状态、电压参数作为故障参数记录。

10.根据权利要求8所述的一种基于谐波电流的喷射式高压电极锅炉产氢报警方法，其特征在于：发出产氢报警时，记录该采样周期T内的高压电极锅炉循环泵转速中位数N_tmed；

当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉启动阶段；当N_tmed＜N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉工作停止阶段；当N_tmed＜N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉低转速其他工况；

当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med<N_(t-1n)med<N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷增长阶段；当N_tmed＞N_start，且高压电极锅炉循环泵转速与过去n秒时刻、2n秒时刻内转速相比成增长趋势：N_(t-2n)med＞N_(t-1n)med＞N_tmed，则记录故障发生于高压电极锅炉负荷降低阶段；当N_tmed＞N_start，但高压电极锅炉循环泵转速变化趋势不符合上述两种状态时，则记录故障发生于高压电极锅炉高转速其他工况。