CN211554734U

CN211554734U - 燃气轮机控制系统故障模拟装置

Info

Publication number: CN211554734U
Application number: CN202020247847.0U
Authority: CN
Inventors: 徐超; 涂煊; 沈斌; 尹德斌; 陈俊杰; 厉荣宣
Original assignee: Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation
Current assignee: Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-03

Abstract

本实用新型涉及一种燃气轮机控制系统故障模拟装置，所述执行器故障模拟子系统及控制器故障模拟子系统分别用于模拟燃气轮机控制系统的执行器故障及控制器故障。本实用新型故障模拟装置能够通过所述两种故障模拟子系统及用带损伤的部件更换装置中对应部件来模拟燃气轮机控制系统多种典型故障。实现了燃气轮机控制系统执行器、传感器及控制器等多部件的故障模拟，提高了故障诊断算法检验的安全性并降低了检验成本，为研究实际燃气轮机控制系统的控制算法、故障特征提取与分析、故障诊断与容错控制提供了便捷有效的途径。

Description

燃气轮机控制系统故障模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种燃气轮机控制系统故障诊断技术，特别涉及一种燃气轮机控制系统故障模拟装置。

背景技术

燃气轮机是一种复杂的动力装备，是多学科理论的共同研究成果，被誉为动力装备领域“皇冠上的明珠”。燃气轮机虽然具有高效率、低噪音、低排放等一系列先进技术特点但是其结构复杂，工作在高温、高压和高转速的恶劣工作环境下，易于发生各种故障。随着燃气轮机单机容量的增加，其控制系统规模也不断扩大、复杂度日益提高，不可避免会发生各种各样的故障。据统计，近年来国内发生的燃气轮机故障案例中，由控制系统引起的燃气轮机故障所占比例约为12％。目前国内相关研究主要集中在燃气轮机本体的状态监测与故障诊断方面，针对燃气轮机控制系统故障诊断的理论研究与工程应用存在不足。因此，需要研究燃气轮机控制系统故障诊断算法，并通过模拟故障来验证算法的可行性与准确性。然而燃气轮机机组造价昂贵、结构复杂，进行故障模拟时存在一定的危险性。

发明内容

本实用新型是针对燃气轮机控制系统故障模拟存在的困难的问题，提出了一种燃气轮机控制系统故障模拟装置，实现了燃气轮机控制系统执行器、传感器及控制器等多部件的故障模拟。

本实用新型的技术方案为：一种燃气轮机控制系统故障模拟装置，包括执行器故障模拟子系统、控制器模拟子系统、执行器子系统、控制器子系统、传感器子系统、第一空气压缩机、第二空气压缩机、第一储气罐、第二储气罐、执行器电源及液压油站；执行器故障模拟子系统包括第一信号发生器与第一可控电源组；控制器故障模拟子系统包括第二信号发生器与第二可控电源组；执行器子系统包括气动执行器、电动执行器与液压执行器；控制器子系统包括控制器、数模转换卡件及信号解析卡件；传感器子系统包括压力传感器与流量传感器；

执行器故障模拟子系统内部第一信号发生器输出数字开关量信号到第一可控电源组，第一可控电源组根据开关量信号对应打开或关闭与第一可控电源组连接的第一空气压缩机、执行器电源及液压油站的电源；第一空气压缩机与执行器子系统内部的气动执行器相连接，提供动力；执行器电源与执行器子系统内部的电动执行器相连接，提供电源；液压油站与执行器子系统内部的液压执行器，提供动力；

控制器故障模拟子系统内部第二信号发生器输出数字开关量信号到第二可控电源组，第二可控电源组根据开关量信号对应打开或关闭与第二可控电源组连接的控制器子系统内部的控制器、数模转换卡件及信号解析卡件的电源；控制器子系统内部的控制器与数模转换卡件相互通信，执行器子系统中各个执行器从数模转换卡件接收来自控制器的控制信号，数模转换卡件执行器子系统中各个执行器执行状态信息送入控制器；

第二空气压缩机与第一储气罐相连接构成模拟燃气进入执行器子系统，执行器子系统接作为模拟燃气输出的第二储气罐，传感器子系统中压力传感器检测燃气通道的压力送信号解析卡件分析后经过数模转换卡件信号转换后再送入送控制器，传感器子系统中流量传感器检测燃气通道的流量经过数模转换卡件经过信号转换后送入送控制器。

所述燃气轮机控制系统故障模拟装置，作为模拟供气回路各个阀门，所述气动执行器为活塞式气动执行器，所述电动执行器为多回转智能型电动装置，所述液压执行器的液压缸为单活塞液压缸。

所述液压油站的油泵为变量柱塞泵。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型燃气轮机控制系统故障模拟装置，提高了故障诊断算法检验的安全性并降低了检验成本，为研究实际燃气轮机控制系统的控制算法、故障特征提取与分析、故障诊断与容错控制提供了便捷有效的途径。

附图说明

图1为本实用新型燃气轮机控制系统故障模拟装置结构框图；

图2为本实用新型燃气轮机控制系统中液压油站工作实际控制过程的结构图。

具体实施方式

图1为燃气轮机控制系统故障模拟装置结构框图，装置包括以下部分：执行器故障模拟子系统、控制器模拟子系统、执行器子系统、控制器子系统、传感器子系统、空气压缩机1、空气压缩机2、储气罐1、储气罐2、执行器电源及液压油站；执行器故障模拟子系统包括信号发生器1与可控电源组1；控制器故障模拟子系统包括信号发生器2与可控电源组2；执行器子系统包括气动执行器、电动执行器与液压执行器；控制器子系统包括控制器、数模转换卡件及信号解析卡件；传感器子系统包括压力传感器与流量传感器。

所述执行器故障模拟子系统内部信号发生器1输出数字开关量信号(0、1信号)到可控电源组1，可控电源组1根据开关量信号对应打开或关闭与可控电源组1连接的空气压缩机1、执行器电源及液压油站的电源；进而控制空气压缩机1、执行器电源及液压油站的是否进入工作状态；空气压缩机1与执行器子系统内部的气动执行器相连接，提供动力；执行器电源与执行器子系统内部的电动执行器相连接，提供电源；液压油站与执行器子系统内部的液压执行器，提供动力；因此空气压缩机1、执行器电源及液压油站的是否进入工作状态，可最终控制执行器子系统中各个执行器的工作状态。

所述控制器故障模拟子系统内部信号发生器2输出数字开关量信号(0、1信号)到可控电源组2，可控电源组2根据开关量信号对应打开或关闭与可控电源组2连接的控制器子系统内部的控制器、数模转换卡件及信号解析卡件的电源，进而控制控制器子系统内部的控制器、数模转换卡件及信号解析卡件的是否进入工作状态；控制器子系统内部的控制器与数模转换卡件相互通信，数模转换卡件与执行器子系统中各个执行器相互通信，执行器子系统中各个执行器从数模转换卡件接收来自控制器的控制信号，数模转换卡件执行器子系统中各个执行器执行状态信息送入控制器。

空气压缩机2与储气罐1相连接构成模拟燃气进入执行器子系统，执行器子系统接作为模拟燃气输出的储气罐2，传感器子系统中压力传感器检测燃气通道的压力送信号解析卡件分析后经过数模转换卡件信号转换后再送入送控制器，传感器子系统中流量传感器检测燃气通道的流量经过数模转换卡件经过信号转换后送入送控制器。

作为模拟回路，所述气动执行器为活塞式气动执行器、所述电动执行器为多回转智能型电动装置、所述液压执行器的液压缸为单活塞液压缸。所述液压油站的油泵为变量柱塞泵。执行器子系统中各种执行器相当于阀门，再加上模拟燃气、模拟燃气输出来模拟构成燃气轮机的供气回路。

作为控制系统，所述执行器子系统充当燃气轮机控制系统的执行器模块、所述传感器子系统充当燃气轮机控制系统的传感器模块、所述控制器子系统充当燃气轮机的分散处理单元。

所述执行器故障模拟子系统及控制器故障模拟子系统分别用于模拟燃气轮机控制系统的执行器故障及控制器故障。所述的燃气轮机控制系统故障模拟装置能够通过所述两种故障模拟子系统及用带损伤的部件更换装置中对应部件来模拟燃气轮机控制系统多种典型故障。

试验人员根据实际需要确定模拟的故障类型，并实现故障注入。故障注入的具体操作如下：首先，通过设置信号发生器1的生成一组数字开关量信号，控制可控电源组1的通断，进而控制空气压缩机1、执行器电源及液压油站的是否进入工作状态，最终间接控制器执行器的工作状态；例如：模拟燃气轮机气动执行器供气气源丢失故障，信号发生器1输出011信号到可控电源组1，可控电源组1仅仅给执行器电源和液压油站供电，不给空气压缩机1供电，使其不工作，导致气动执行器也不工作，完成燃气轮机气动执行器供气气源丢失故障的注入。其他各个部件都正常工作，然后控制器可采集此状态下整个模拟系统的状态信息，用于分析。其次，通过设置信号发生器2的生成一组数字开关量信号，控制可控电源组2的通断，进而控制控制器子系统的工作状态；例如：模拟燃气轮机数模转换卡件损坏故障，信号发生器2会通过可控电源组2关闭数模转换卡件，使其不工作，完成燃气轮机数模转换卡件损坏故障的注入。最后，对于某些特定类型故障通过更换控制器子系统、执行器子系统及传感器子系统内的部件实现故障注入；例如：模拟压力传感器恒偏差故障，试验人员将传感器子系统中正常的压力传感器更换为具有恒偏差故障的压力传感器，完成故障注入。

开启空气压缩机2，模拟燃气轮机燃气气路的天然气供气气源，通过储气罐1与储气罐2稳定压缩空气的压力，进而使压缩空气按照一定范围内流速的流动。

控制器子系统会控制执行器子系统按照一定规律动作实现对气路压力和流量的控制，传感器子系统将检测到压力及流量变化，并通过4～20mA的模拟量信号传递给控制器子系统，完成整个控制过程。由于故障的注入，整个控制过程将通过传感器子系统所检测信号表现出不同于正常控制过程的所测信号，最终实现了燃气轮机控制系统的故障模拟。

图2为燃气轮机控制系统中液压油站工作实际控制过程的结构图。

本实用新型在实际燃气轮机机组的基础上，提出了一种燃气轮机控制系统故障模拟装置，所述装置实现了燃气轮机控制系统执行器、传感器及控制器等多部件的故障模拟，提高了故障诊断算法检验的安全性并降低了检验成本，为研究实际燃气轮机控制系统的控制算法、故障特征提取与分析、故障诊断与容错控制提供了便捷有效的途径。因此，所述故障模拟装置在燃气轮机控制系统故障诊断领域具有一定的实用价值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的简单修改、等同变化，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种燃气轮机控制系统故障模拟装置，其特征在于，包括执行器故障模拟子系统、控制器模拟子系统、执行器子系统、控制器子系统、传感器子系统、第一空气压缩机、第二空气压缩机、第一储气罐、第二储气罐、执行器电源及液压油站；执行器故障模拟子系统包括第一信号发生器与第一可控电源组；控制器故障模拟子系统包括第二信号发生器与第二可控电源组；执行器子系统包括气动执行器、电动执行器与液压执行器；控制器子系统包括控制器、数模转换卡件及信号解析卡件；传感器子系统包括压力传感器与流量传感器；

2.根据权利要求1所述燃气轮机控制系统故障模拟装置，其特征在于，作为模拟供气回路各个阀门，所述气动执行器为活塞式气动执行器，所述电动执行器为多回转智能型电动装置，所述液压执行器的液压缸为单活塞液压缸。

3.根据权利要求1所述燃气轮机控制系统故障模拟装置，其特征在于，所述液压油站的油泵为变量柱塞泵。