CN114718670B - 汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法及系统及设备 - Google Patents
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Abstract
汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法及系统及设备，包括以下步骤：获取油箱的结构数据，在DCS建立油箱容积计算模型；根据油箱容积计算模型获取并核对油位开关量信号和油位模拟量信号，建立异常判断模型，根据异常判断模型进行油位低低保护逻辑判断：确定在异常工况下保护触发的时机；确定在异常且破坏真空的工况下保护触发的时机；验证分析保护的可靠性和正确性。解决现有控制策略一刀切的保护理念，克服一刀切保护理念不能智能识别润滑油系统不同程度漏油时汽轮机安全运行的潜在风险，提高汽轮机运行安全。
Description
技术领域
本发明属于汽轮机智能保护技术领域，涉及汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法及系统及设备。
背景技术
在火力发电领域，汽轮机是一种以热能转换为机械能，再由机械能带动发电机高速旋转发电的重型机械设备，为了维持高速旋转的汽轮机和发电机的安全，需要充足的润滑油对轴承润滑和冷却。润滑油供油系统停止工作、供油中断，都会引起严重的设备损坏事故。因此，在正常运行过程中，当汽轮升速达到一定的转速后，交流润滑油泵的电源正常、交流油泵工作正常、直流油泵电源正常、直流油泵工作正常、润滑油箱油位正常共同维持着高速旋转汽轮机和发电机的运行安全。润滑油系统的任何一项保护对于汽轮机的安全运行都同等重要，但当汽轮机升速至一定的转速后，汽轮机本身自带的主油泵就开始工作，主油泵工作后油箱油位保护就尤为重要，一旦油箱的油位信号失真导致油位信号低至安全位置，或油位下降速率足以提前触发油位低保护而未及时采取措施时会导致设备严重损坏，付出沉重的代价。某600MW超临界汽轮机润滑油断供，造成4-8号轴承的瓦面乌金全部烧毁，推力瓦烧毁，机头主油泵短轴断裂， TSI探头、轴承温度测点大部损坏，高中低压及发电机转子不同程度的弯曲，可见其润滑油断供存在的危害。因此，汽轮机必须有一套可靠的供油系统，油泵的可靠运行及相关联锁保护都十分重要。
当油位降到LL位置时，汽轮机油泵就不能正常工作或存在断油风险，危及汽轮机运行的安全。而汽轮机转子重达几十吨甚至上百吨，转子的高速旋转中轴承与轴瓦产生的阻力完全依靠润滑油润滑而克服，各支轴承产生的热量靠润滑油冷却。在失去润滑油的情况下，高速旋转汽轮机的后果不堪设想。
现在技术存在不足
汽轮机润滑油箱油位低低保护的现有保护策略为：当油箱油位下降至LL 位置时，油位开关接通将油位低信号送至ETS触发汽轮机保护动作，使汽轮机跳闸达到保护汽轮机的目的。
但是目前润滑箱油位低低的保护策略仍然存在较多的隐性风险。主要存在以下不足：
1)、目前保护设计的信号比较单一，测点可靠性差，经常发生误动作，在电网非停考核细则日趋严格的大环境下，一旦机组非停，电网考核费用及机组再启本成本预计高达150万—200万，造成不必要损失；
2)、保护理念考虑不周全，汽轮机为大型高精密的旋转机械，其转子重量达几十吨甚至上百吨，在不破坏真空的情况下汽轮机转速从3000r/min降到 0r/min停机需要约40分钟的时间，即便在紧急情况下破坏真停机也需要约25 分钟的时间。转子重量重，转动惯性大，停机时间长，而现有保护理念未考虑系统发生大量漏油的情况。当系统漏油量较小时，油位以K1的速率下降致LL 位置时，触发保护后，汽轮机停机时间或破坏真空停机时间均可控在安全的停机时间内，油泵正常工作仍然能够满足汽轮机40分钟的停机时间需求；但当油位下降过快时，油位以K2速率降至LL位置时触发汽轮机油位低跳闸保护，当到达t2时间时汽轮机转速还未降到O，因此给汽轮机造及大的安全隐患。
3)、现有保护策略仍在油箱油位低低保护技术是采用固定液位的保护模式，也就是人为的在油箱确定一个固定的位置，并在该位置装有液位开关，当油箱油位下降至油位开关位置时，油位开关断开，发出油位低低信号至ETS触发汽轮跳闸，达到低油位保护的目的。但系统漏油存在很多不确定性，保护动作后，油箱剩余的润滑油量是否可以满足汽轮机安全停机的要求无应对策略，也无法核定。不同的润滑漏油量给汽轮机带来的全安风险等级也不同，应以一个审时度势的态度去实时衡量风险，而不是不管漏油量大小只等油位低低信号触发，以一个不变的触发保护策略应对多种变化工况显然不能满足汽轮机应对多种安全风险的要求。
还有现有技术通过在油箱外壁取样增加测量筒，减小油箱液位波动对测量油位的影响，同时布置3个独立的液位测量装置。从而提高了测量稳定性、可靠性，同时也更加真实的反映油箱的液位情况。
还有现有技术通过在比汽轮机安装位置较高的地方安装高位油箱，通过高低落差的静压向所述汽轮机的轴瓦供油，使汽轮机在厂用电失去的情况下能够正常向系统供油，达到保护汽轮机的目的。
但是方案1对润滑油箱油位低保护的出发点依然建立在现有保护策略的基础上，只增加较多的冗余变送器达到防止信号波动从而使信号更可靠的目的，没有从根本上解决润滑油箱油位快速度下降给汽轮机运行安全带来的潜在风险。
方案2所发明技术在高处布置油箱要满足润滑油压、油量的要求，油箱标高要有足够的高度，要满汽轮机安全停机时间内的储油量要求油箱体积足够的大，同时在厂用电全部失去的情况下，润滑油无法通过油泵送回高位油箱，因此需建立低位油箱接收事故工况下高位油箱流下来的油量，其方案需要增加很多系统，可执行性差，实施难度很大，实现的可能性不大。
发明内容
本发明的目的在于提供汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法及系统及设备，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，包括以下步骤：
获取油箱的结构数据，在DCS建立油箱容积计算模型，模型包括固有容积和动态容积；
根据油箱容积计算模型获取并核对油位开关量信号和油位模拟量信号，建立异常判断模型，根据异常判断模型进行及位低低保护逻辑判断：油位模拟量信号存在明显的下降速率，并通过实时下降速率到达油位开关量触发所需的时间以外，油位开关量保护被激活，触发保护至ETS；如到达油位开关量触发所需的时间以内，油位开关量保护不触发保护，在油位下降过程中存在速率为0 时，下降速率重新复位，再出现油位下降时再重新逻辑判断；
测定额定真空额定转速惰走时间并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常工况下保护触发的时机；
破坏真空额定转速惰走时间的测定，并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常且破坏真空的工况下保护触发的时机；
润滑油箱油位异常及油位低低保护动态试验，验证分析保护的可靠性和正确性。
进一步的，固有容积是模型获取油箱结构数据后自行得出的固定不变的容积；动态容积是获取油箱结构数据，同时根据油箱油上一次测量元件送至DCS 的位高低实时计算油箱的油量。
进一步的，获取油位开关量信号和油位模拟量信号，从油箱一次测量元件上将油位开关量信号和模拟量信号，并正确无误地送至DCS，DCS再通过油量计算模型计算和判断油位是否异常。
进一步的，油位异常判断包括：油位开关量信号和油位模拟量信号突然发生坏质量、油位开关量信号在油位模拟量信号没有任何变化迹象的情况下突然触发、油位模拟量信号突然归零、多个油位模拟量信号存在输出不一至和多个油位模拟量信号波动大。
进一步的，油位低低保护触发判断条件包括，油位下降到距离保护触发前十分钟发出补油需求报警并得到运行人员的确认，如果运行人员已确认并未在到达保护的计算时间内控制住油箱下降，则触发保护。
进一步的，额定真空额定转速惰走时间赋值，在动态的工况下，将汽轮冲转至3000r/min，保证真空度在额定真空的情况下，汽轮机从3000r/min到 0r/min所需要的时间，并将时间赋值给保护模型，以实现在异常工况下保护触发的时机。
进一步的，破坏真空惰走时间赋值，在动态的工况下，将汽轮冲转至 3000r/min，在汽轮机打闸的同时破坏真空，汽轮机从3000r/min到0r/min所需要的时间，并将时间赋值给保护模型，以实现在异常、破坏真空的工况下保护触发的时机。
进一步的，油位异常动态试验包括防止油箱油位信号突然故障导致润滑油位低低保护触发试验；油位信号突然故障包括油箱油位开关量突然故障试验和油箱油位模拟量突然故障试验。
进一步的，汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别系统，包括：
数据获取模块，用于获取油箱的结构数据，在DCS建立油箱容积计算模型，模型包括固有容积和动态容积；
低低保护逻辑判断模块，用于根据油箱容积计算模型获取并核对油位开关量信号和油位模拟量信号，建立异常判断模型，根据异常判断模型进行及位低低保护逻辑判断
触发的时机确定模块，用于测定额定真空额定转速惰走时间并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常工况下保护触发的时机；破坏真空额定转速惰走时间的测定，并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常、破坏真空的工况下保护触发的时机；
验证模块，用于润滑油箱油位异常及油位低低保护动态试验，验证分析正确性和保护的可靠性和正确性。
进一步的，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法的步骤。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明克服汽轮机油箱油位保护理念一刀切、保护策略存在保护信号单一、信号可靠性差、不具备智能识别系统不同漏油程度给汽轮轮机安全运行带来的潜在风险，不能根据风险等级智能触发保护或改变保护策略等不足，本发明一种汽轮机润滑油箱油位低低自智适应保护方法的发明创造主要有以下的优点。
1)、克服目前汽轮机润滑油箱油位保护信号比较单一、测点可靠性差、经常发生误动作缺点；
2)、避免汽轮机润滑油系统发生大量漏时错失油位低低保护触发的时机，防止重型高速旋转设备严重损坏事故。
3)、解决现有控制策略一刀切的保护理念，克服一刀切保护理念不能智能识别润滑油系统不同程度漏油时汽轮机安全运行的潜在风险，提高汽轮机运行安全。
附图说明
图1为油箱不同油位标高示意图
图2为油箱不同漏油速率及汽轮机惰走示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图2，
一种汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法的具体实施包括以下步骤：
S1：根据汽轮机润滑油系统的设计图纸获得方体油箱的长L方、宽M方、高 H方数据，或圆柱体油箱的半径R圆和高H圆的数据。
S2：在DCS建立润滑油箱的固定容积计算模型，方形润滑油箱容积S方体＝L方*M方*H方、圆形润滑油箱S圆体＝π*R圆*R圆*H圆，确定润滑油箱油位低报警高度 HL,确定润滑油箱油位低低的保护高度HLL。
S3：核对润滑油箱的开关量信号和模拟量信号，保证信号传送到DCS的信号正确，设置模拟量信号输出的变送器的量程与润滑油箱的设计高度H相一致，静态确认润滑油箱开关量与实验室校验的低报警值、低低报警值数据与油箱设计油位低报警高度HL和油位低低的保护高度HLL相符。
S3-1：确定润滑油箱具备注油条件后，在润滑油箱内注入H25％的润滑油，尺子测量油箱底部到油面的距离，并与DCS显示油位变送器送出信号相比较，确认所测量的油位高度与DCS显示数据一致；在润滑油箱内注入H50％的润滑油，尺子测量油箱底部到油面的距离，并与DCS显示油位变送器送出信号相比较，确认所测量的油位高度与DCS显示数据一致；在润滑油箱内注入H75％的润滑油，尺子测量油箱底部到油面的距离，并与DCS显示油位变送器送出信号相比较，确认所测量的油位高度与DCS显示数据一致；在润滑油箱内注入H100％的润滑油，尺子测量油箱底部到油面的距离，并与DCS显示油位变送器送出信号相比较，确认所测量的油位高度与DCS显示数据一致，油位确认完成后，将润滑油降至正常的油位。并在DCS录入汽轮在额定真空工况下惰走所消耗的时间t有真定理论和无真空下惰走所消耗的时间t无真定理论。
S3-2：如图1所示，当油位在L位置以上时为正常油位，正常油位的油量为SN，SN＝L方*M方*HN，HN为润滑油箱油位变送器送出的实时油位，SN为动态的油位。当润滑油箱油位以一定的速率下降到LL位置时，油位低低信号被触发送出至ETS,降至LL位置的油量为SLL。
S3-3：建立润滑油箱油位下降的速率K计算和保护逻辑，在t0时刻的正常的油箱油量为SN0,t1时刻时油箱油量为SN1。设置t0时刻到t1时刻的时间跨度为5 秒，t0-t1随时间推移动态变化，对应油箱的实时油量SN0和SN1，SN0和SN1也是一个动态变化的量。因此得出液位下降的动态变化速率Kx为：Kx＝SN0/SN1，如图2 所示，当油箱油量SN0以KX速率下降至LL位置时，汽轮机必须完成停机。油箱油位从t0时刻到下降到油位LL的位置所需的时间为tx＝(SN0-SLL)/Kx，tx必须大于等于额定真空工况下汽轮机惰走所需时间t有真定理论才能保证汽轮机停机安全，即 tx＝(t有真定理论+5S)时发出润滑油箱油位位低低的停机保护；如tx＜t有真定理论，条件已不能满足真空条件下的安全停机要求时，则进入破坏真空的时间判断，即当tx＝(t无真定理论+5S)时发现汽轮机破坏真空保护，才能保证汽轮机在破坏真空的条件下安全停机。
S3-4：建立信号真假识别判断逻辑，为保证油位保护触的信号真实可靠，在保护触发前建立信号真假识别，即在汽轮机运行过程中，1)油位开关量信号和油位模拟量信号突然坏质量不触发保护，但发报警告知运行人员并激活延时保护，在延时的时间内运行人员没有确认报警则触发ETS汽轮机润滑油位低低保护跳闸；如在延时时间内报警得到运行人员的确认，则不触发保护。
2)润滑油箱油位开关量信号在模拟量信号没有任何变化迹象的情况下突然触发，则逻辑判断为假信号，不触发保护，但发报警告知运行人员并激活延时保护，在延时的时间内运行人员没有确认报警则触发ETS汽轮机润滑油位低低保护跳闸；如在延时时间内报警得到运行人员的确认则不触发保护。
3)润滑油箱油位模拟量信号未变坏质量时突然归零，则逻辑判断为假信号，不触发保护，但发报警告知运行人员并激活延时保护，在延时的时间内运行人员没有确认报警则触发ETS汽轮机润滑油位低低保护跳闸；如在延时时间内报警得到运行人员的确认则不触发保护。
S3-5：汽轮机润滑油箱油位低低保护静态试验，
1)在汽轮机主汽阀门前无蒸汽进入的前提条件下，开启高中压主汽阀门，如图2所示，当润滑油箱油量SN0以Kx速率从t0时刻下降到tLL时刻时所余油量为SLL，下降的过程中，当tx＝(SN0-SLL)/Kx-(t有真空理论+5)时触发润滑油箱油位低低保护，不破坏真空；
2)在汽轮机主汽阀门前无蒸汽进入的前得条件下，开启高中压主汽阀门，如图2所示，当润滑油箱油量SN0以Kx速率从t0时刻下降到tLL时刻时所余油量为SLL，下降的过程中，当tx＝(SN0-SLL)/Kx-(t无真空理论+5)时触发润滑油箱油位低低保护，同时破坏真空；
3)在汽轮机主汽阀门前无蒸汽进入的前得条件下，开启高中压主汽阀门，如图2所示，当润滑油箱油量SN0以Kx速率从t0时刻下降到tLL时刻时所余油量为SLL，下降的过程中，当tx＝(SN0-SLL)/Kx-(t无真空理论+5)前5秒时油位不在下降，当开关量信号触发时不再判断模拟量信号，直接触发润滑油箱油位低低保护，不破坏真空。
S4：汽轮机具备冲转条件后，在动态的工况下，将汽轮冲转至3000r/min，保证真空度在额定真空的工况下，将汽轮机打闸，记录汽轮机从3000r/min到 0r/min所消耗的时间t有真空，并将时间t有真空的实际值赋值给t有真空理论以实现在异常工况下保护触发的时机。
S5：汽轮机具备冲转条件后，在动态的工况下，将汽轮冲转至3000r/min，保证真空度在额定真空的工况下，将汽轮机打闸，记录汽轮机从3000r/min到 0r/min所消耗的时间t无真空，并将时间t无真空的赋值给t无真空理论以实现在异常工况下保护触发的时机。
本发明一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法的操作。
Claims (10)
1.汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取油箱的结构数据，在DCS建立油箱容积计算模型，模型包括固有容积和动态容积；
根据油箱容积计算模型获取并核对油位开关量信号和油位模拟量信号，建立异常判断模型，根据异常判断模型进行油位过低保护逻辑判断：异常判断模型实时监视油箱油位信号，当油箱油位的模拟量信号以一定的速率下降时，异常判断模型自行根据下降速率实时计算油位下降到汽轮机安全停机所需的时间；当计算得出的时间小于汽轮机安全停机所需的时间时，油位保护开关被激活，将保护信号发送至ETS；当计算得出的时间大于汽轮机安全停机所需的时间时，油位保护开关不触发油位低保护信号；在油位下降过程中存在下降速率为0时，汽轮机安全停机所需时间重新复位，再出现油位下降时再重新逻辑判断。
测定额定真空额定转速惰走时间并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常工况下保护触发的时机；
破坏真空额定转速惰走时间的测定，并将惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常且破坏真空的工况下保护触发的时机；
润滑油箱油位异常及油位低低保护动态试验，验证分析保护的可靠性和正确性。
2.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，固有容积是模型获取油箱结构数据后自行得出的固定不变的容积；动态容积是获取油箱结构数据，同时根据油箱油上一次测量元件送至DCS的位高低实时计算油箱的油量。
3.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，获取油位开关量信号和油位模拟量信号，从油箱一次测量元件上获取油位开关量信号和模拟量信号，并正确无误地送至DCS，DCS再通过油量计算模型计算和判断油位是否异常。
4.根据权利要求3所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，油位异常判断包括：油位开关量信号和油位模拟量信号突然发生坏质量、油位开关量信号在油位模拟量信号没有任何变化迹象的情况下突然触发、油位模拟量信号突然归零、多个油位模拟量信号存在输出不一致和多个油位模拟量信号波动大。
5.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，油位低低保护触发判断条件包括，油位下降到距离保护触发前十分钟发出补油请求报警并得到运行人员的确认，如果运行人员已确认并未在到达保护的计算时间内控制住油箱下降，则触发保护。
6.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，额定真空额定转速惰走时间赋值，在动态的工况下，将汽轮冲转至3000r/min，保证真空度在额定真空的情况下，汽轮机从3000r/min到0r/min所需要的时间，并将时间赋值给保护模型，以实现在异常工况下保护触发的时机。
7.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，破坏真空惰走时间赋值，在动态的工况下，将汽轮冲转至3000r/min，在汽轮机打闸的同时破坏真空，汽轮机从3000r/min到0r/min所需要的时间，并将时间赋值给保护模型，以实现在异常、破坏真空的工况下保护触发的时机。
8.根据权利要求1所述的汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法，其特征在于，油位异常动态试验包括防止油箱油位信号突然故障导致润滑油位低低保护触发试验；油位信号突然故障试验包括油箱油位开关量突然故障试验和油箱油位模拟量突然故障试验。
9.汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取油箱的结构数据，在DCS建立油箱容积计算模型，模型包括固有容积和润滑油的动态容积；
油位过低保护逻辑判断模块，用于从油箱容积计算模型获取数据并核对油箱油位开关量信号和油箱油位模拟量信号并建立油位异常判断模型，油箱油位异常判断模型对油箱油位过低逻辑判断识别，并自行测定汽轮机额定真空下从3000r/min降到0r/min所需的时间和破坏真空后从3000r/min降到0r/min所需的时间，并将额定真空下汽轮机惰走时间和破坏真空下汽轮机惰走时间赋值给油位低低保护模型，确定在异常工况下油位过低保护触发的时机。
验证模块，用于润滑油箱油位异常及油位低低保护动态试验，验证分析正确性和保护的可靠性和正确性。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述汽轮机润滑油位低低保护自智适应识别方法的步骤。
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