CN115237181B - 燃气轮机温度监控及故障模拟系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃气轮机温度监控及故障模拟系统，包括：热电偶测温系统用于采集燃气涡轮的实测燃气温度信号；热电偶接线箱用于对各热电偶供电、对实测燃气温度信号进行信号转接以及输出平均燃气温度信号；燃气温度信号变送系统用于转接变送实测燃气温度信号；燃气温度信号模拟系统用于产生模拟燃气温度信号，执行对实测燃气温度信号和模拟燃气温度信号的选择控制；燃气温度调节器用于监控平均燃气温度信号并在平均燃气温度高于设定值时控制燃气轮机停机，以及用于连接外部执行机构；显控台屏用于显示燃气温度参数和系统状态信息，执行温度监控及故障模拟交互。能够实现燃气轮机燃气温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施。

Description

燃气轮机温度监控及故障模拟系统

技术领域

本发明属于燃气轮机监控技术领域，涉及一种燃气轮机温度监控及故障模拟系统。

背景技术

燃气轮机在工况运行的过程中，燃气温度是评估燃机系统正常运行的关键指标参数之一。燃气轮机温度监控系统是燃气轮机监控系统的重要组成部分。燃气轮机温度信号的监测涉及大量测量传感器及其相应的数据处理模块，电气系统硬件设备类型复杂。燃气温度监控系统一旦发生故障，往往会影响燃气轮机本体的控制，造成燃气轮机降工况或停机，严重时影响系统的运行。与此同时，燃气温度测量传感器运行在高温环境中，安装在燃气涡轮等热端部件部位，运行环境较为恶劣，为实际的故障排查和维修训练带来较大的困难。在燃气轮机实际运行管理和维修保障过程中，如何在实现燃气轮机燃气温度信号监测的基础上，对燃气温度监控系统的典型故障进行模拟并开展维修训练，从而提升运行管理人员的维修保障能力，是当前燃气轮机保障领域的一个重要现实问题。

然而，在实现本发明的过程中，发明人发现在燃气轮机燃气温度监控系统及故障模拟器材和设备方面，当前公开文献和资料中尚无燃气轮机燃气温度监控及故障模拟技术的相关报道，即存在着无法实现燃气轮机燃气温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施的技术问题。

发明内容

针对上述传统方法中存在的问题，本发明提出了一种燃气轮机温度监控及故障模拟系统，能够实现燃气轮机燃气温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

提供一种燃气轮机温度监控及故障模拟系统，包括：

热电偶测温系统，包括多个热电偶，各热电偶沿燃气涡轮的机匣周向均匀布置，用于采集燃气涡轮的实测燃气温度信号；

热电偶接线箱，分别连接热电偶测温系统的各热电偶，用于对各热电偶供电、对实测燃气温度信号进行信号转接以及输出平均燃气温度信号；

燃气温度信号变送系统，连接热电偶接线箱，用于转接变送实测燃气温度信号；

燃气温度信号模拟系统，连接燃气温度信号变送系统，用于产生模拟燃气温度信号，执行对实测燃气温度信号和模拟燃气温度信号的选择控制；

燃气温度调节器，分别连接热电偶接线箱和燃气温度信号变送系统，用于监控平均燃气温度信号并在平均燃气温度高于设定值时控制燃气轮机停机，以及用于连接外部执行机构；

显控台屏，分别连接燃气温度调节器和燃气温度信号模拟系统，用于显示燃气温度参数和系统状态信息，执行温度监控及故障模拟交互。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述燃气轮机温度监控及故障模拟系统，通过实物的热电偶测温系统、热电偶接线箱、燃气温度信号变送系统、燃气温度信号模拟系统、燃气温度调节器和显控台屏等核心电路系统的设计，实现对燃气轮机的燃气温度监测和温度监控系统故障模拟，结合显控台屏的监控显示与模拟交互，以及燃气温度信号模拟系统的控制，从而支持温度监控系统各类典型故障维修训练的功能。根据实际温度监测与模拟训练需要，系统采用软硬件一体化设计，以覆盖支持对燃气轮机的燃气温度现场实际监测与温度监控系统全类别故障的模拟一体化，从而实现燃气轮机的燃气温度监测、温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施。

该系统经实际测试检验，可有效弥补现有燃气轮机的燃气温度监控系统故障模拟和维修训练方法和设备功能上的不足，有效解决燃气轮机燃气温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施的技术问题。在实际应用中，该系统还可以拓展运行管理人员对于燃气轮机运行参数监测和控制系统工作原理的认识，有效提高相关人员的故障排查与维修保障能力，具有显著的实际应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中燃气轮机温度监控及故障模拟系统的第一结构示意图；

图2为一个实施例中燃气温度调节器控制原理的电路示意图；

图3为一个实施例中燃气温度调节器的监控界面示意图；

图4为一个实施例中热电偶传感器安装示意图；

图5为一个实施例中热电偶接线箱信号转接原理电路示意图；

图6为一个实施例中燃气轮机温度监控及故障模拟系统的第二结构；

图7为一个实施例中隔离变送模块设计及接线原理电路示意图；

图8为一个实施例中燃气温度信号模拟过程示意图；

图9为一个实施例中燃气温度信号的仿真和现场转换原理电路示意图；

图10为一个实施例中燃气温度监控界面示意图；

图11为一个实施例中系统开机界面示意图；

图12为一个实施例中TC01-TC16燃气温度数据曲线示意图；

图13为一个实施例中TC01燃气温度数据曲线示意图；

图14为一个实施例中燃气温度记录示意图；

图15为一个实施例中燃气温度查询界面示意图；

图16为一个实施例中多通道燃气温度模拟界面示意图；

图17为一个实施例中单通道燃气温度模拟界面示意图；

图18为一个实施例中故障模拟界面示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

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例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。本申请各部件之间的连接可以是直接电/通信连接，也可以是通过中间件的间接电/通信连接，还可以采用其他传输线实现的连接。

下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施方式进行详细说明。

请参阅图1，在一个实施例中，本申请实施例提供了一种燃气轮机温度监控及故障模拟系统100，包括热电偶测温系统11、热电偶接线箱12、燃气温度信号变送系统13、燃气温度信号模拟系统14、燃气温度调节器15和显控台屏16。热电偶测温系统11包括多个热电偶，各热电偶沿燃气涡轮的机匣周向均匀布置，用于采集燃气涡轮的实测燃气温度信号。热电偶接线箱12分别连接热电偶测温系统11的各热电偶，用于对各热电偶供电、对实测燃气温度信号进行信号转接以及输出平均燃气温度信号。燃气温度信号变送系统13连接热电偶接线箱12，用于转接变送实测燃气温度信号。燃气温度信号模拟系统14连接燃气温度信号变送系统13，用于产生模拟燃气温度信号，执行对实测燃气温度信号和模拟燃气温度信号的选择控制。燃气温度调节器15分别连接热电偶接线箱12和燃气温度信号变送系统13，用于监控平均燃气温度信号并在平均燃气温度高于设定值时控制燃气轮机停机，以及用于连接外部执行机构。显控台屏16分别连接燃气温度调节器15和燃气温度信号模拟系统14，用于显示燃气温度参数和系统状态信息，执行温度监控及故障模拟交互。

可以理解，燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机在空气和燃气的主要流程中，包括压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气涡轮(Turbine)三大部件，而热电偶测温系统11由沿着燃气轮机的燃气涡轮机匣周向均匀布置的多个热电偶组成，用于采集燃气温度信号(用于监测燃气温度)，热电偶的实际布置使用数量可以根据装备特性和安装位置确定，只要能够满足对燃气轮机的准确燃气温度监控需要即可。

热电偶接线箱12作为传感器信号转接电路，用于对热电偶这些传感器电路进行供电，完成采集的实测燃气温度信号的转接，并给出燃气的平均燃气温度信号。燃气温度信号变送系统13是一种信号变换与转接电路系统，可采用多个信号隔离变送电路模块作为核心电路进行搭建，用于采集变送热电偶的信号(例如将热电偶的输出电压信号--实测燃气温度信号转换为系统可处理的标准电流信号)并将其转接传输至温度监控显示的显控台屏16以及外部的燃气轮机综合监控系统。

燃气温度信号模拟系统14是模拟信号产生与信号选择控制的电路系统，可采用本领域的可编程器件(例如但不限于CPU、FPGA或可编程逻辑器等)、模拟量输入/输出接口电路和通信接口电路等模块搭建，主要用于模拟产生模拟燃气温度信号，如模拟的热电偶mV信号，并可通过显控台屏16上显示的燃气温度信号模拟系统14的交互界面进行实测燃气温度信号和模拟燃气温度信号的选择控制。模拟产生模拟燃气温度信号的方式可采用本领域常见的模拟信号生成方式，根据实际需要模拟的热电偶mV信号，向系统输入相应的信号参数即可由电路自动生成所需模拟燃气温度信号，该信号相对于热电偶测温系统11现场实测得到的实测燃气温度信号而言，是人工设置并模拟产生的非实测信号。

燃气温度调节器15包括CPU、功率放大板和按键(或触摸)屏等部件，用于监测平均燃气温度，并在平均燃气温度高于设定值时发出控制信号，使燃气轮机停机。燃气温度调节器15为本发明采用既有器件模块独立设计的部件，其控制工作原理如图2所示。其中，左上部为温度调节器15的CPU模块151，CPU模块151用于存储燃气温度自动调节控制程序，当燃气轮机的燃气温度达到一定值时，触发燃气温度调节和燃机保护程序，使燃机降低供油量、降速或停机保护。左下部为脉冲调制功率放大板152，用于接收CPU模块151的温度控制信号，根据设置的控制逻辑发出燃机供油量调节信号和燃机保护信号。交换机153用于系统的数据通信。触摸屏154用于显示燃气温度值、燃气平均温度、调节器保护动作设定点温度值等参数值。

燃气温度调节器15设置有相应的独立监控界面，如图3所示，该界面可在显控台屏16上显示。该界面用于监视调节器温度值并输出占空比可变的矩形波脉冲，其输出占空比正比于平均燃气温度值对设定值的偏差，当平均燃气温度等于设定值时，矩形波脉冲的占空比为50％，当燃气温度变化50℃时，矩形波脉冲对应的占空比变化范围为0～100％。外部执行机构例如可以是燃气轮机的燃油系统及其控制机构。

燃气温度调节器15的动作点可分为工况1和工况2两档设定值。在燃气轮机工况过程，当压气机转速达到设定转速n_S(n_S的具体数值根据燃气轮机的实际性能而定)时，燃气温度调节器15的设定值由起始工况1档设定值自动转换为工况2档设定值。当燃气轮机起动时，燃气温度调节器15即接通电源投入工作，当燃气涡轮后燃气温度达到比设定值低ΔT(ΔT的具体数值根据燃气轮机的特性设定)时，燃气温度调节器15开始向燃油系统的电磁阀发出脉冲控制信号(即矩形波脉冲)，其占空比随燃气温度的升高而增大。

在起动过程及较低工况运行时，燃气温度调节器15控制燃油分配器的放油电磁阀1，当该放油电磁阀1动作时，从第一油路释放部分燃油，以降低起动过程的燃气温度。而在较高工况运行过程中，燃气温度调节器15控制燃油分配器的放油电磁阀2，当该放油电磁阀2动作时通过燃油系统液压组件减少主燃油泵的供油量，从而降低燃气轮机工况和燃气温度，将燃气温度控制在规定范围之内。

在接通放油电磁阀的同时，燃气温度调节器15可输出“温度调节器工作”信号到监控界面已进行工作状态指示。如出现燃气涡轮后燃气温度过高，而在此情况下放油电磁阀1或放油电磁阀2即使动作仍然未能消除这一超温状态，燃气温度调节器15在输出100％占空比脉冲的同时，还会发出超温故障保护信号以控制燃气轮机停机并进行超温故障警示。

显控台屏16的作用是运行预先配置的监控应用，显示温度监控参数和系统工作状态，提供系统所需的人机交互接口等。监控应用可以根据系统实际所需的燃气温度监控信息显示与控制操作流程、故障模拟控制流程等现实工作需求进行预先设计得到，例如根据实际工作中的燃气温度监控数据来源、数据量和数据呈现方式需求、燃气温度控制操作的规范流程要求、燃气温度监控系统的各类典型故障及其维修对策等实际需求进行相应的程序功能设计，从而开发得到适应于实际监控及模拟场景的监控应用，具体采用的设计语言和开发平台均可以是现有的设计语言及开发平台，只要能够将实际监控及模拟场景的需求转化成相应的系统功能均可。

上述燃气轮机温度监控及故障模拟系统，通过实物的热电偶测温系统11、热电偶接线箱12、燃气温度信号变送系统13、燃气温度信号模拟系统14、燃气温度调节器15和显控台屏16等核心电路系统的设计，实现对燃气轮机的燃气温度监测和温度监控系统故障模拟，结合显控台屏16的监控显示与模拟交互，以及燃气温度信号模拟系统14的控制，从而支持温度监控系统各类典型故障维修训练的功能。根据实际温度监测与模拟训练需要，系统采用软硬件一体化设计，以覆盖支持对燃气轮机的燃气温度现场实际监测与温度监控系统全类别故障的模拟一体化，从而实现燃气轮机的燃气温度监测、温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施。

该系统经实际测试检验，可有效弥补现有燃气轮机的燃气温度监控系统故障模拟和维修训练方法和设备功能上的不足，有效解决燃气轮机燃气温度监控系统故障模拟和维修训练一体化实施的技术问题。在实际应用中，该系统还可以拓展运行管理人员对于燃气轮机运行参数监测和控制系统工作原理的认识，有效提高相关人员的故障排查与维修保障能力，具有显著的实际应用价值。

在一个实施例中，热电偶为K型热电偶或S型热电偶。可选的，热电偶可选用分度号为K型或S型的热电偶，热电偶的实际使用数量根据装备特性和安装位置确定。各热电偶(传感器)的安装示意图可以如图4所示。图4中圆圈序号1～16分别代表燃烧室火焰筒的代号，TC01～TC16分别代表各热电偶在燃气涡轮的机匣周向的安装位置。本领域技术人员可以理解，实际火焰筒和热电偶的数量均可由装备自身特性确定，图4所示仅为其中一种应用示例。通过上述热电偶选型，可灵活满足对不同燃气轮机场景下的燃气温度实测需求。

在一个实施例中，热电偶接线箱12包括控制箱箱体和信号转接电路。控制箱箱体用于封装信号转接电路，信号转接电路分别连接各热电偶、燃气温度信号变送系统13和燃气温度调节器15。

可以理解，在本实施例中，热电偶接线箱12主要由控制箱箱体和信号转接电路等组成，用于对各热电偶的传感器电路进行供电，完成采集信号(实测燃气温度信号)的转接并给出平均燃气温度信号。控制箱箱体的形状和尺寸等，均可以根据对信号转接电路的封装以及对其他部件的接线需要进行确定。为便于理解，热电偶接线箱12的信号转接电路的其中一种可选的原理图如图5所示。该电路为本发明专门设计的电路，其中，K1～K7表示接线排，Tn1表示实际热电偶信号的引入端，R1～R30为各个热电偶采集回路上的信号调理电阻，R31～R34为热电偶平均温度信号回路上的信号调理电阻，+EPC表示平均温度信号正端，-EPC表示平均温度信号负端，+UK表示电源接线正端，-UK表示电源接线负端。

热电偶接线箱12的工作原理如下：外部电源经K7接线排的+UK和-UK为热电偶电路供电；16只热电偶的信号经过Tn1进入到采集电路的接线排K1～K6转接，K1～K6接线排各自输出热电偶信号进入燃气温度信号变送系统13，进行后续信号的处理；同时，16路热电偶信号经过调理电阻的调整后向外输出平均温度信号，平均温度信号经K7接线排的+EPC和-EPC输出至燃气温度调节器，用于后期的温度控制。

通过采用上述热电偶接线箱12，可以准确且高效支持系统所需的信号转接功能，并自动输出平均燃气温度信号。

在一个实施例中，如图6所示，燃气温度信号变送系统13包括隔离变送模块131、模拟量输入模块132和电子开关133。隔离变送模块131分别连接电子开关133、模拟量输入模块132和燃气温度调节器15，电子开关133分别连接热电偶接线箱12和燃气温度信号模拟系统14。隔离变送模块131用于将实测燃气温度信号转换为标准电流信号，模拟量输入模块132用于输入模拟燃气温度信号，电子开关133用于选择实测燃气温度信号或模拟燃气温度信号输出。

可以理解，如图6所示，燃气温度信号变送系统13包括热电偶输出信号的隔离变送模块131、模拟量输入模块132(也称AI模块)和电子开关133等，用于采集变送热电偶的信号，并将其转接传输至显控台屏16和外部的燃气轮机综合监控系统。隔离变送模块131的作用是将系统中热电偶输出的mV电压信号转换为后级模块可直接处理的标准电流信号。

通过上述燃气温度信号变送系统13，实现了可靠的信号采集变送与转接等功能。

在一个实施例中，隔离变送模块131包括8个，热电偶包括16个，每个隔离变送模块131用于转接变送两路热电偶的实测燃气温度信号。可选的，在本实施例中，热电偶布置了16个，相应的，燃气温度信号变送系统13包含8个热电偶输出信号的隔离转换模块，用于将系统中16路热电偶输出的mV电压信号转换为4mA-20mA的标准电流信号。隔离变送模块131可选用通用的隔离变送模块产品。系统中8个隔离变送模块131的接线原理图如图7所示，其中，XC1～XC16分别表示16路热电偶输出的mV电压信号，IN1和IN2分别表示单个隔离变送模块131的两个输入端口，POWER表示隔离变送模块131的供电源，DC表示直流供电，OUT1和OUT2分别表示单个隔离变送模块131的两个输出端口。

通过采用上述各隔离变送模块131，可支持16路燃气温度信号的采集变送与转接。

在一个实施例中，如图6所示，燃气温度信号模拟系统14包括控制模块141、模拟量输出模块142和通信模块143。控制模块141分别连接模拟量输入模块132、模拟量输出模块142和通信模块143，模拟量输出模块142连接电子开关133，通信模块143连接显控台屏16。控制模块141用于收到显控台屏16传来的仿真控制信号后，模拟产生模拟燃气温度信号并控制电子开关133选择输出模拟燃气温度信号，模拟量输出模块142用于输出模拟燃气温度信号，通信模块143用于传输显控台屏16与控制模块141之间的信号。

可以理解，如图6所示，燃气温度信号模拟系统14包括控制模块141(可以是CPU模块、MCU模块或者其他有控制程序功能的控制器)、模拟量输出模块142(也称AO模块)和通信模块143等部件，用于模拟产生热电偶的mV电压信号(也即模拟燃气温度信号)，并可通过相应的交互界面上配置的控制按钮实现实测燃气温度信号和模拟燃气温度信号的选择控制。为便于理解，燃气温度信号模拟过程原理可以如图8所示，相应的，其中一种燃气温度信号的仿真和现场转换电路原理图如图9所示。其中，DO1为电源模块接线排；KA1～KA16为中间继电器，用于实测热电偶信号的中继；继电器输出模块1和继电器输出模块2为继电器的输出模块，用于模拟热电偶信号和实测热电偶信号的转接。

仿真和现场转换电路的工作原理如下：现场实测的热电偶信号经过中间继电器KA1～KA16转接并连接至继电器输出1和继电器输出2；仿真的热电偶信号同时也连接至继电器输出模块1和继电器输出模块2。中间继电器KA1～KA16由CPU模块控制。仿真模式下，KA1～KA16由CPU模块断开现场实测的热电偶信号，仿真的热电偶信号经继电器输出模块发送至监控系统。现场模式下，KA1～KA16由CPU模块接通现场实测的热电偶信号，实际的热电偶信号经继电器输出模块发送至监控系统。

通信模块143可以是本领域中各型通信接口模块，具体接口类型可以根据系统的数据传输需要进行选择。

通过采用上述的燃气温度信号模拟系统14，可以有效、可靠且灵活地模拟产生各场景下需要的模拟燃气温度信号，并进行相应燃气温度信号的选择控制。

在一个实施例中，燃气温度调节器15还用于检查燃气轮机温度控制的工作状态及模拟燃气轮机现场工况。可以理解，为了检查燃气轮机温度控制系统的工作，在燃气温度调节器15中可以设置“检查1”和“检查2”两种检查状态。当燃气轮机不运行时，按下配置的“温度调节器检查”按钮，系统则接通“检查1”状态，输出“温度调节器接通”和“温度调节器工作”的指示信号，以及100％占空比的脉冲信号，同时接通放油电磁阀2并发出超温保护动作信号。

当燃气轮机运行时，按下“温度调节器检查”按钮时，系统则接通“检查2”状态，燃气温度调节器15的设定值将降低到基本设定值的40％±10％，如果此时涡轮后燃气温度高于这一设定值，燃气温度调节器15将发出指令以接通放油电磁阀2，并输出“温度调节器工作”信号。放油电磁阀2接通时将释放部分燃油，使燃气轮机转速降低。在“检查2”状态下，燃气温度调节器15内部断开相应电路，燃气温度调节器15不发出超温保护动作信号。

在燃气温度调节器15的交互界面中，可通过设置起动工况温度/运行工况温度/超温保护设定值，切换“起动开关”和“工况开关”，设置“压气机转速n_S”、“温度设定值ΔT”等条件来模拟现场各种工况，通过操作燃气温度调节器15的按钮测试和观察放油电磁阀1/放油电磁阀2、检查1/检查2、调节器接通/调节器工作以及超温保护等执行状态，以及调节器输出脉冲占空比的范围是否和调节器工艺要求一致。

在一个实施例中，显控台屏16还用于显示燃气温度调节器15的温度调节器控制交互界面。

在一个实施例中，显控台屏16还用于显示各实测燃气温度信号对应的温度数据曲线交互界面、燃气温度数据记录交互界面、系统数据库交互界面；

故障模拟交互包括数据来源模式选择、温度信号模拟、故障模拟与维修训练；数据来源模式选择包括现场、仿真或外部，温度信号模拟包括多通道温度信号模拟和单通道温度信号模拟，故障模拟与维修训练包括热电偶线路故障模拟与维修训练、热电偶故障模拟与维修训练以及热电偶采集处理模块故障模拟与维修训练。

在一个实施例中，显控台屏16还用于显示燃气温度调节器15的温度调节器控制交互界面。

可以理解，显控台屏16的作用是运行配置的监控应用，显示温度参数和系统状态等，在本实施例中，还显示显示燃气温度调节器15的温度调节器控制交互界面，也称为温度监控界面，该界面用于监控各路热电偶传感器的温度值和调节器温度值，并显示计算后的各项温度参数。为便于理解，如图10所示，以16路热电偶传感器的布置示例为例，该界面用于监控编号为TC01～TC16共16路热电偶传感器的温度值和调节器温度值，并显示计算后的温度最大值、温度最小值、温度平均值、滤波平均值(指去掉最大和最小后的平均值)、温度上偏差值和温度下偏差值。点击该界面右下方配置的“数据记录”按键可自动记录界面中的各项温度值，再次点击则停止数据记录。

通过该交互功能可以直观高效实现燃气温度的监控与参数显示。

在一个实施例中，显控台屏16还用于显示各实测燃气温度信号对应的温度数据曲线交互界面、燃气温度数据记录交互界面和系统数据库交互界面。故障模拟交互包括数据来源模式选择、温度信号模拟、故障模拟与维修训练。数据来源模式选择包括现场、仿真或外部。温度信号模拟包括多通道温度信号模拟和单通道温度信号模拟。故障模拟与维修训练包括热电偶线路故障模拟与维修训练、热电偶故障模拟与维修训练以及热电偶采集处理模块故障模拟与维修训练。

可以理解，在本实施例中，显控台屏16还提供了温度数据曲线、燃气温度数据记录和系统数据库等交互功能，如图11所示，为显控台屏16的一种可选的开机界面，系统上电开机，显控台屏16在完成自检过程后即显示此开机界面，该开机界面底部菜单栏至少设置有8个菜单按键选项，分别为“温度监控”、“温度调节器”、“多通道温度模拟”、“单通道温度模拟”、“故障模拟”、“数据曲线”、“记录列表”和“数据库”，根据需要点击相关按键即进入相关监控界面。

“数据曲线”对应的温度数据曲线交互界面用于动态集中显示各通道的热电偶实时温度值，该界面中的数据曲线图可以显示多条温度数据曲线，温度数据曲线之间可采用不同颜色和/或线型进行区分标识，点击对应曲线名称、线型或者颜色，系统即自动弹出对应通道的独立曲线显示界面，界面示例例如图12～图13所示。

燃气温度数据记录交互界面(也即“记录列表”界面)用于对通过数据记录功能保存下来的历史数据进行查询、删除、刷新和导出到U盘等管理操作，点击相关菜单按键即可完成，需要注意的是，点击“删除记录”则会弹出密码窗口，在输入设定密码后按确认则将会删除所有记录或被选中的记录，删除后可点击“刷新”按键清空界面缓存，界面示例例如图14所示。

系统数据库交互界面(也即“数据库”界面)可以有至少两个用途，其一用于输入记录序号和操作人员姓名便于数据记录准确保存，其二用于数据记录查询，查询可分为按记录序号查询和按姓名查询两种方式，根据输入记录序号查询或者输入姓名查询，然后点击对应的确认按键即可完成查询，界面示例如图15所示。

综上，燃气轮机温度监控及故障模拟系统100的功能简要概括可以如下：

1、燃气轮机燃气温度信号的监测功能

系统通过热电偶测温系统11及其后的各信号处理部分的子系统实现对燃气轮机的燃气涡轮后燃气温度的采集、监测和超温保护。实测燃气温度信号由热电偶系统采集，经热电偶接线箱12转接，再经燃气温度信号变送系统13变送后进入燃气温度信号模拟系统14，燃气温度调节器15对燃气温度的实际情况进行监测，当超过正常值时，实施温度控制。

(1)燃气温度信号采集：实测燃气温度信号由热电偶测温系统11采集，燃气温度的测量范围由应用的热电偶类型而定。例如，当使用K型热电偶时，最高温度约为1300K；当使用S型热电偶时，最高温度约为1600K。本系统根据实际装备特性，优选K型热电偶。

(2)燃气温度监测：热电偶采集的温度信号先后经过燃气温度信号变送系统13和燃气温度信号模拟系统14后转换成数字信号，在显控台屏16和燃气轮机综合监控系统均可进行监测显示。当平均燃气温度超温或单点温度上下偏差过大时(上偏差或下偏差的具体设定值根据实际情况确定)，燃气温度调节器15发出报警信号，从而构成了燃气温度监测系统。

2、燃气轮机燃气温度信号传输功能

显控台屏16的显示界面上可设置“现场/仿真/外部”三档转换开关，用于控制显控台屏16的燃气温度信号的数据来源。通过显控台屏16上的数据方式选择旋钮，可以选择三种不同的数据处理和信号传输模式。

(1)“现场”模式：将显控台屏16的显示界面上转换开关置于“现场”位置。此时，实测燃气温度信号经热电偶测温系统11、热电偶接线箱12、燃气温度信号变送系统13和燃气温度信号模拟系统14转换成数字信号，由燃气温度信号模拟系统14的通信模块143分别传输给显控台屏16和外设的燃气轮机综合监控系统，供相关部门进行监测显示。此时，系统作为温度测量和运行显示系统。

(2)“仿真”模式：将显控台屏16的显示界面上转换开关置于“仿真”位置。此时，燃气温度信号由燃气温度信号模拟系统14模拟产生，该温度信号非实测信号。燃气温度信号模拟系统14产生的热电偶mV信号(模拟燃气温度信号)经燃气温度信号模拟系统14的模拟量输出模块142对外输出，经过电子开关133、隔离变送模块131、模拟量输入模块132和控制模块141后转换成数字信号，由通信模块143分别传输给显控台屏16和外设的燃气轮机综合监控系统，供相关部门进行监测显示。此时，系统作为温度模拟系统来运行，用于开展故障排查和维修教学训练。

(3)“外部”模式：将显控台屏16的显示界面上转换开关置于“外部”位置。此时，燃气温度信号由外部训练装置提供，由通信模块143分别传输给显控台屏16和外设的燃气轮机综合监控系统，供相关部门进行监测显示。

3、温度信号模拟功能

(1)多通道温度信号模拟：多通道温度信号模拟功能主要用于同步模拟全部通道的热电偶温度信号。具体操作过程例如：将显控台屏16的显示界面上转换开关置于“仿真”位置，此时界面上仿真指示灯变成红色(或其他指定指示色)，然后设定好同步模拟温度值，接着选择同步调温速率，该速率分可为×1(倍率)、×10(倍率)和×100(倍率)三档，可根据模拟速度进行选择。最后点击“同步仿真准备”按键接通电子开关133，此时各通道(例如TC01～TC16)指示灯均变成红色(或其他指定指示色)，点击“同步仿真自动”按键开始自动模拟过程。

如果再次点击“同步仿真自动”将会停止自动仿真过程，可以通过“手动升温”和“手动降温”两个按键进行手动调温。在温度模拟过程中“同步仿真温度变化值”显示框会实时显示当前输出温度数据变化值，其中一种多通道温度模拟界面示例如图16所示。

(2)单通道温度信号模拟：单通道温度信号模拟主要用于单独模拟各通道的热电偶的温度信号。操作过程例如：将显控台屏16的显示界面上转换开关置于“仿真”位置，此时界面上仿真指示灯变成红色(或其他指定指示色)，然后设定好仿真温度设定值，接着选择调温速率，该速率分为×1(倍率)、×10(倍率)和×100(倍率)三档，可根据模拟速度进行选择。点击响应标号对应按键，接通对应通道上的电子开关133，此时对应的热电偶指示灯变成红色(或其他指定指示色)，如果再次点击热电偶可断开对应通道上的电子开关133，每个通道都有对应增加和减小两个按键，通过点击该按键可进行手动调温。其中一种单通道温度模拟界面的示例如图17所示。

4、燃气轮机燃气温度信号故障模拟与维修训练功能

该功能的交互界面用于模拟温度监测过程中信号传输线路出现传感器断路、传感器短路和变送器损坏等常见故障，界面示例可如图18所示。

(1)热电偶传感器线路故障模拟与维修训练：通过界面(如图18)上的控制按键，可以控制热电偶线路的通断，从而模拟断路和短路故障。上述故障模拟功能在燃气温度信号传输模式处于“现场”模式和“仿真”模式下皆有效。同时，系统设计了手动设置故障的功能，可在热电偶传感器线路的连接和转接部位，手动设置传感器断路和短路故障。

上述热电偶传感器线路故障设置后，燃气温度调节器15根据热电偶测温系统11的实际运行情况，发出相应的报警信号。管理人员根据报警情况和显控台屏16的参数显示情况，利用绝缘监测仪、万用表和/或信号发生器等仪表工具，进行故障分析排查和维修。

(2)热电偶传感器故障模拟与维修训练：对于热电偶传感器，可以通过手动故障设置，模拟设置热电偶测量偏差故障、热电偶接线箱12供电故障和热电偶线路绝缘低故障等。

上述热电偶传感器故障设置后，燃气温度调节器15根据热电偶测温系统11的实际运行情况，发出相应的报警信号。管理人员根据报警情况和显控台屏16的参数显示情况，利用绝缘监测仪、万用表和/或信号发生器等仪表工具，进行故障分析排查和维修。

(3)热电偶采集处理模块故障模拟与维修训练：对于燃气温度信号变送系统13，可以通过手动故障设置，模拟设置隔离变送模块131故障和热电偶信号采集模块132故障等。

上述热电偶采集处理模块故障设置后，燃气温度调节器15根据热电偶测温系统11的实际运行情况，发出相应的报警信号。管理人员根据报警情况和显控台屏16的参数显示情况，利用绝缘监测仪、万用表和/或信号发生器等仪表工具，进行故障分析排查和维修。

在一个实施例中，为了更全面地说明并方便理解上述系统，本实施例提供了应用上述系统的试验示例。本领域技术人员可以理解，本实施例中给出的示例仅为示意性的，并非是对上述系统应用的唯一限定，本领域技术人员可以在上述系统的设计构思基础上，实现不同场景下的燃气温度监控及故障模拟应用。

一、热电偶传感器线路故障模拟

热电偶传感器线路常见故障为断路故障和短路故障。线路故障设置后，上述系统和燃气轮机综合监控系统发出“燃气温度偏差”报警，此时的故障排除流程为：1、在交互界面查看报警通道和显示参数值，定位发生故障的热电偶及其代码。2、若交互界面显示某一通道的温度为1000℃且数值不发生变化，则表明相应通道发生热电偶传感器线路断路故障。用绝缘监测仪和万用表等仪表工具，从热电偶传感器的引出端至隔离变送模块131，沿着线路走向检查整个电气线路的通断情况，确定传输线路的断路故障点。3、若交互界面显示某一通道的温度为0℃且数值不发生变化，则表明相应通道发生热电偶传感器线路短路故障。用绝缘监测仪和万用表等仪表工具，从热电偶传感器的引出端至隔离变送模块131，沿着线路走向检查整个电气线路的供电和绝缘情况，确定传输线路的短路故障点。

二、热电偶传感器故障模拟

热电偶传感器常见故障包括热电偶测量偏差故障、热电偶接线箱12供电故障和热电偶线路绝缘低故障。热电偶传感器故障设置后，上述系统和燃气轮机综合监控系统发出“燃气温度偏差”报警，此时的故障排除流程为：1、在系统运行过程中，从交互界面查看报警通道和显示参数值，定位发生故障的热电偶及其代码。2、若交互界面显示相应通道的温度数值明显低于或高于平均温度值或其他温度通道的温度值，则表明该通道可能发生热电偶传感器故障。3、在隔离变送模块131处断开异常通道的热电偶信号接线，使用信号发生器连接至隔离变送模块131输入端，向系统发送mV信号，模拟热电偶温度信号的输入。若交互界面可以根据输入信号准确显示参数，则表明后端处理模块正常，可进一步判断为热电偶传感器本体系统故障。4、使用绝缘监测仪检测热电偶回路和热电偶接线箱12的绝缘情况，若出现绝缘低的情况，则对电气线路进行处理，恢复系统线路的绝缘。若绝缘情况正常，则判断为热电偶故障，需按照使用说明书更换热电偶。

三、热电偶采集处理模块故障模拟

热电偶采集处理模块常见故障包括隔离变送模块131故障和热电偶信号采集模块(也即模拟量输入模块132)故障等。热电偶采集处理模块故障设置后，上述系统和燃气轮机综合监控系统的多路信号会同时发出“燃气温度偏差”报警，此时的故障排除流程为：1、在系统运行过程中，从交互界面查看报警通道和显示参数值，定位发生故障的热电偶及其代码。2、若交互界面显示多个通道的温度数值明显低于或高于平均温度值或其他温度通道的温度值，则表明可能发生热电偶采集处理模块故障，可能是隔离变送模块131故障或模拟量输入模块132故障。

3、在模拟量输入模块132的输入点，断开故障信号对应的接线通道，使用信号发生器连接至该模块输入端，向系统发送4mA～20mA电流信号，此时查看监控交互界面上的参数显示情况：1)若模拟信号加载后，系统参数显示恢复正常，则表明模拟量输入模块132相应通道功能正常，故障部位可能位于隔离变送模块131；此时，恢复模拟量输入模块132接线，在隔离变送模块131处断开异常通道的热电偶信号接线，使用信号发生器连接至隔离变送模块131输入端，向系统发送mV信号，模拟热电偶温度信号的输入。若交互界面不能准确显示温度参数，则可判断故障部位位于隔离变送模块131。2)若信号加载后，系统仍然呈现故障状态，无法显示正常参数，则表明故障点位于模拟量输入模块132，按照说明书更换该模块。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的功能部分，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各实施例的应用流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线式动态随机存储器(RambusDRAM，简称RDRAM)以及接口动态随机存储器(DRDRAM)等。

以上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。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都属于本申请保护范围。因此本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，包括：

热电偶测温系统，包括多个热电偶，各所述热电偶沿燃气涡轮的机匣周向均匀布置，用于采集所述燃气涡轮的实测燃气温度信号；

热电偶接线箱，分别连接所述热电偶测温系统的各所述热电偶，用于对各所述热电偶供电、对所述实测燃气温度信号进行信号转接以及输出平均燃气温度信号；

燃气温度信号变送系统，连接所述热电偶接线箱，用于转接变送所述实测燃气温度信号；

燃气温度信号模拟系统，连接所述燃气温度信号变送系统，用于产生模拟燃气温度信号，执行对所述实测燃气温度信号和所述模拟燃气温度信号的选择控制；所述模拟燃气温度信号是人工设置并模拟产生的非实测信号；

燃气温度调节器，分别连接所述热电偶接线箱和所述燃气温度信号变送系统，用于监控所述平均燃气温度信号并在平均燃气温度高于设定值时控制燃气轮机停机，以及用于连接外部执行机构；

显控台屏，分别连接所述燃气温度调节器和所述燃气温度信号模拟系统，用于显示燃气温度参数和系统状态信息，执行温度监控及故障模拟交互。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述燃气温度信号变送系统包括隔离变送模块、模拟量输入模块和电子开关，所述隔离变送模块分别连接所述电子开关、所述模拟量输入模块和所述燃气温度调节器，所述电子开关分别连接所述热电偶接线箱和所述燃气温度信号模拟系统；

所述隔离变送模块用于将所述实测燃气温度信号转换为标准电流信号，所述模拟量输入模块用于输入所述模拟燃气温度信号，所述电子开关用于选择所述实测燃气温度信号或所述模拟燃气温度信号输出。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述隔离变送模块包括8个，所述热电偶包括16个，每个所述隔离变送模块用于转接变送两路所述热电偶的所述实测燃气温度信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述热电偶为K型热电偶或S型热电偶。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述燃气温度信号模拟系统包括控制模块、模拟量输出模块和通信模块，所述控制模块分别连接所述模拟量输入模块、所述模拟量输出模块和所述通信模块，所述模拟量输出模块连接所述电子开关，所述通信模块连接所述显控台屏；

所述控制模块用于收到所述显控台屏传来的仿真控制信号后，模拟产生所述模拟燃气温度信号并控制所述电子开关选择输出所述模拟燃气温度信号，所述模拟量输出模块用于输出所述模拟燃气温度信号，所述通信模块用于传输所述显控台屏与所述控制模块之间的信号。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述热电偶接线箱包括控制箱箱体和信号转接电路，所述控制箱箱体用于封装所述信号转接电路，所述信号转接电路分别连接各所述热电偶、所述燃气温度信号变送系统和所述燃气温度调节器。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，还包括系统箱柜，用于封装所述热电偶接线箱、所述燃气温度信号变送系统、所述燃气温度信号模拟系统、所述燃气温度调节器和所述显控台屏。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述燃气温度调节器还用于检查燃气轮机温度控制的工作状态及模拟燃气轮机现场工况。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述显控台屏还用于显示所述燃气温度调节器的温度调节器控制交互界面。

10.根据权利要求1所述的燃气轮机温度监控及故障模拟系统，其特征在于，所述显控台屏还用于显示各所述实测燃气温度信号对应的温度数据曲线交互界面、燃气温度数据记录交互界面和系统数据库交互界面；

所述故障模拟交互包括数据来源模式选择、温度信号模拟、故障模拟与维修训练；所述数据来源模式选择包括现场、仿真或外部，所述温度信号模拟包括多通道温度信号模拟和单通道温度信号模拟，所述故障模拟与维修训练包括热电偶线路故障模拟与维修训练、热电偶故障模拟与维修训练以及热电偶采集处理模块故障模拟与维修训练。

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