一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法
2023-06-03 01:52:36 1
一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法，其中監測裝置包括測量汽輪機主汽門開度的第1至第n主汽門位移變送器、測量汽輪機調節汽門開度的第1至第m調節汽門位移變送器、測量油動機油壓的第一壓力傳感器、測量AST油壓的第二壓力傳感器、測量跳閘信號的跳閘電路、高速數據採集裝置和計算機；其中在線監測方法包括初始化、參數設置、採集、報警、顯示和查詢的步驟；本發明的有益效果是：能實現汽輪機閥門關閉過程的實時在線連續監測，可對閥門狀態進行評價預警，並能實現故障快速定位，對實現設備預測性維修、降低運行安全風險、保障汽輪機的可靠運行具有重要意義。
【專利說明】一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於汽輪機測量診斷【技術領域】，涉及一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法。
【背景技術】
[0002]汽輪發電機組超速是火力發電廠的惡性事故，會對安全生產造成重大危害，對企業生產甚至人民生活造成重大影響，是汽輪機重大事故的主要防控內容，而汽輪機進汽閥門關閉遲緩甚至卡澀是造成超速的主要原因，相關技術標準中明確規定必須進行閥門關閉時間測試。然而閥門關閉時間為毫秒級，目前現場配置的控制系統因採樣周期過長無法滿足閥門關閉時間測試的需求，同時在閥門開度測量環節也存在不足，主要表現在:目前所有汽輪機均是以測量閥門油動機的行程來表示閥門開度，但在發生閥門門杆脫落等故障時油動機的行程不能夠真實反映閥門開度；此外汽輪機的部分進汽閥門採用行程開關測量閥門開、關狀態的方法，在行程開關出現觸點接觸不良等問題時則閥門狀態失去監測，而且測試關閉時間時不能反映閥門關閉全過程的趨勢，不便於故障分析。
[0003]目前閥門關閉時間測試方法是在機組停運狀態下將閥門油動機行程、行程開關等信號接入高速記錄儀器進行測試並進行離線人工分析，在汽輪機運行狀態下無法進行測試，但汽輪機運行時由於受熱變形、間隙變化等原因造成閥門關閉遲緩甚至卡澀的機率更大，造成機組閥門狀態在正常運行失去監測手段，閥門出現故障後不能及時發現，存在極大的安全隱患，因此需要實現在線監測，實時監控機組跳閘時汽輪機閥門的關閉過程。同時由於閥門故障的原因比較複雜，閥門發生故障後故障部位定位困難，經常需要重新模擬故障狀態逐一進行排查，因此有必要進行在線故障診斷。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種可實時監控、在線故障定位、降低汽輪機運行風險的汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法。
[0005]為解決上述技術問題所採用的技術方案是一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置及在線監測方法；其中汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置包括測量汽輪機主汽門開度的第I至第η主汽門位移變送器、測量汽輪機調節汽門開度的第I至第m調節汽門位移變送器、測量油動機油壓的第一壓力傳感器、測量AST油壓的第二壓力傳感器、測量跳閘信號的跳閘電路、高速數據採集裝置和計算機；所述η為大於等於2小於12的整數；所述m為大於等於2小於12的整數；
所述第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上；
所述第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1兩端；
所述第I至第η主汽門位移變送器、第I至第m調節汽門位移變送器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和跳閘電路的輸出端分別接所述高速數據採集裝置的相應輸入端；所述高速數據採集裝置的輸出端通過USB埠與計算機相連接。
[0006]所述跳閘電路包括繼電器Jl ;所述繼電器Jl的線圈與危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1串聯後接在+24V直流電源的正極與負極之間，所述繼電器Jl的常閉觸點Jl-1兩端01與02分別接所述高速數據採集裝置的相應跳閘信號輸入端。
[0007]所述位移變送器的型號為LVDT ;所述第一壓力傳感器的型號為3051CG ;所述第二壓力傳感器的型號為3051CG ;所述高速數據採集裝置的型號為CompactDAQ-9229 ;所述繼電器型號MY4J ;所述計算機的型號為X201。
[0008]利用所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置對汽輪機進汽閥門快關過程進行在線監測方法步驟如下:
(1)將所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上；
所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1兩端；
(2)對所述高速數據採集裝置進行初始化，接著進行參數設置，可進行通道、物理量與工程量信號的靈敏度、採樣頻率、時間閥值的設置，保存後進入待採集狀態，等待觸發採集;
所述觸發啟停採集條件設計為:設定跳閘信號為開關量，其由斷開到閉合的階躍變化作為數據採集的觸發條件，設定所有閥門開度小於設定開度或跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化後30s的時刻作為數據採集的結束條件，即閥門開度如小於設定開度時，如果閥門已關閉則結束數據採集，如果閥門關閉遲緩或存在卡澀故障時閥門開度一直大於設定開度，則採集跳閘後30s的數據；採集閥門不同開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息；設定正常快關過程的閥門快關時間為時間閥值；
(3)採集閥門相應開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息；
(4)取跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻到閥門開始動作時刻的時間差為閥門延遲時間，跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻至閥門開度小於設定開度時刻的時間差為閥門快關時間，在計算機顯示器上顯示延遲時間、快關時間及快關過程曲線；閥門快關時間如小於設定時間閥值則在計算機顯示器上顯示「正常」，如大於設定時間閥值則顯示「超標」，發出報警信號並啟動故障診斷模塊，對監測的參量信息與正常狀態信息進行比對、信息融合分析，如果跳閘後閥門延遲時間異常或AST油壓信息異常，則故障定位在電子迴路部分；如果跳閘後AST油壓信息正常，油動機油壓信息異常，則故障定位在液壓部分；如果跳閘後AST油壓、油動機油壓信息正常，故障定位在機械部分；故障診斷完成後計算機顯示器上顯示故障部位及可能原因；
(5)發出報警信號後檢修人員檢查消缺，將故障現象、特徵、原因的診斷規則修改或添加到故障診斷資料庫中。
[0009]本發明的有益效果是:本發明針對目前汽輪機閥門關閉過程監測方法的弊端，提出了一種汽輪機閥門關閉過程在線監測裝置及故障診斷方法，能實現汽輪機閥門關閉過程的實時在線連續監測，對閥門狀態進行評價預警、並能實現故障快速定位，對實現設備預測性維修，降低運行安全風險，保障汽輪機的可靠運行具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置。
[0011]圖2為跳閘電路原理圖。
[0012]圖3本發明的在線監測方法程序流程圖。
[0013]圖4為本發明的閥門快關曲線示意圖。
[0014]在圖4中，G為跳閘信號動作時刻，tx為閥門開始動作時刻，t2為閥門開度小於設定開度時刻，?3為跳閘信號動作後30s時刻，I為跳閘信號，2為閥門開度。
【具體實施方式】
[0015]由圖1-4所示的實施例可知，汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置包括測量汽輪機主汽門開度的第I至第η主汽門位移變送器、測量汽輪機調節汽門開度的第I至第m調節汽門位移變送器、測量油動機油壓的第一壓力傳感器、測量AST油壓的第二壓力傳感器、測量跳閘信號的跳閘電 路、高速數據採集裝置和計算機；所述η為大於等於2小於12的整數；所述m為大於等於2小於12的整數；
所述第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上；
所述第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1兩端；
所述第I至第η主汽門位移變送器、第I至第m調節汽門位移變送器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和跳閘電路的輸出端分別接所述高速數據採集裝置的相應輸入端；所述高速數據採集裝置的輸出端通過USB埠與計算機相連接。
[0016]所述跳閘電路包括繼電器Jl ;所述繼電器Jl的線圈與危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1串聯後接在+24V直流電源的正極與負極之間，所述繼電器Jl的常閉觸點Jl-1兩端01與02分別接所述高速數據採集裝置的相應跳閘信號輸入端。
[0017]所述位移變送器的型號為LVDT ;所述第一壓力傳感器的型號為3051CG ;所述第二壓力傳感器的型號為3051CG ;所述高速數據採集裝置的型號為CompactDAQ-9229 ;所述繼電器型號MY4J ;所述計算機的型號為X201。
[0018]利用所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置對汽輪機進汽閥門快關過程進行在線監測方法步驟如下:
(I)將所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上；
所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1兩端；
(2)對所述高速數據採集裝置進行初始化，接著進行參數設置，可進行通道、物理量與工程量信號的靈敏度、採樣頻率、時間閥值的設置，保存後進入待採集狀態，等待觸發採集;
所述觸發啟停採集條件設計為:設定跳閘信號為開關量，其由斷開到閉合的階躍變化作為數據採集的觸發條件，設定所有閥門開度小於設定開度或跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化後30s的時刻作為數據採集的結束條件，即閥門開度如小於設定開度時，如果閥門已關閉則結束數據採集，如果閥門關閉遲緩或存在卡澀故障時閥門開度一直大於設定開度，則採集跳閘後30s的數據；採集閥門不同開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息；設定正常快關過程的閥門快關時間為時間閥值；
(3)採集閥門相應開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息；
(4)取跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻到閥門開始動作時刻的時間差為閥門延遲時間，跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻至閥門開度小於設定開度時刻的時間差為閥門快關時間，在計算機顯示器上顯示延遲時間、快關時間及快關過程曲線；閥門快關時間如小於設定時間閥值則在計算機顯示器上顯示「正常」，如大於設定時間閥值則顯示「超標」，發出報警信號並啟動故障診斷模塊，對監測的參量信息與正常狀態信息進行比對、信息融合分析，如果跳閘後閥門延遲時間異常或AST油壓信息異常，則故障定位在電子迴路部分；如果跳閘後AST油壓信息正常，油動機油壓信息異常，則故障定位在液壓部分；如果跳閘後AST油壓、油動機油壓信息正常，故障定位在機械部分；故障診斷完成後計算機顯示器上顯示故障部位及可能原因；
(5)發出報警信號後檢修人員檢查消缺，將故障現象、特徵、原因的診斷規則修改或添加到故障診斷資料庫中。
[0019]汽輪機進汽閥門包括所有主汽門、調節汽門，所述進汽閥門開度取進汽閥門門杆行程的相對值，即在所有主汽門門杆上、調節汽門門杆上而不是油動機上安裝位移變送器，測量閥門門杆行程的相對值作為閥門開度。所述壓力傳感器時間常數< 10ms，所述跳閘繼電器拾取危急遮斷系統(ETS)系統的輸出信號。表徵閥門狀態的工程量通過傳感器組轉換為高速數據採集裝置可識別的模擬量或開關量。
[0020]所述高速數據採集裝置採用的型號為N1-CompactDAQ-9229，作用是對從傳感器單元傳輸來的信號進行放大、濾波、模數轉換處理，按設定的採樣頻率(一般設為IkHz)進行信號高速採集並通過USB連接線傳輸至數據處理計算機。
[0021]所述計算機控制著高速數據採集裝置的運行，並處理、存儲和顯示測量數據，本發明可編程軟體米用LabVIEW開發。
[0022]監測流程為:首先設計主界面布局，然後執行初始化把變量賦為默認值和把控制項設為默認狀態，之後默認進入「採集」模塊，選擇「YES」則對高速數據採集裝置進行檢測，接著進行參數設置，可進行通道、物理量與工程量信號的靈敏度、採樣頻率、時間閥值的設置，保存後進入待採集狀態，等待手動觸發採集或觸發採集，採集時會顯示圖形、數據列表、參數計算、數據存儲等操作，如果計算的關閉時間超標會顯示報警信息，並存入報警信息庫，之後自動彈出故障診斷界面，顯示可能故障部位。如查詢歷史數據，可在主界面進入「歷史文件」模塊，調用存儲的歷史數據，同時會顯示圖形、數據列表、參數計算等操作，如果計算的關閉時間超標會顯示報警信息，並存入報警信息庫，之後自動彈出故障診斷界面，顯示可能故障部位。主界面「報警模塊」模塊可以查詢存儲的所有報警事件。主界面「診斷模塊」包含常見閥門故障的特徵及其診斷規則，用戶可根據檢修情況添加、修改資料庫中的內容。
[0023]本發明改進了現有汽輪機進汽閥門開度的測量方式及閥門關閉過程的測試方法，通過多監測參量信息與正常狀態信息的比對及信息融合分析，實現了汽輪機閥門關閉過程的實時監測及在線故障診斷，提高了閥門狀態的可控性及故障處理的時效性，對實現設備預測性維修，降低運行安全風險，保障汽輪機的可靠運行具有重要意義。
[0024]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置，其特徵在於:包括測量汽輪機主汽門開度的第I至第η主汽門位移變送器、測量汽輪機調節汽門開度的第I至第m調節汽門位移變送器、測量油動機油壓的第一壓力傳感器、測量AST油壓的第二壓力傳感器、測量跳閘信號的跳閘電路、高速數據採集裝置和計算機；所述η為大於等於2小於12的整數；所述m為大於等於2小於12的整數； 所述第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上； 所述第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1的兩端； 所述第I至第η主汽門位移變送器、第I至第m調節汽門位移變送器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和跳閘電路的輸出端分別接所述高速數據採集裝置的相應輸入端；所述高速數據採集裝置的輸出端通過USB埠與計算機相連接。
2.根據權利要求1所述的一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置，其特徵在於: 所述跳閘電路包括繼電器Jl ;所述繼電器Jl的線圈與危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1串聯後接在+24V直流電源的正極與負極之間，所述繼電器Jl的常閉觸點Jl-1兩端Ol與02分別接所述高速數據採集裝置的相應跳閘信號輸入端。
3.根據權利要求2所述的一種汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置，其特徵在於:所述位移變送器的型號為LVDT ;所述第一壓力傳感器的型號為3051CG ;所述第二壓力傳感器的型號為3051CG ;所述高速數據採集裝置的型號為CompactDAQ-9229 ;所述繼電器型號MY4J ；所述計算機的型號為X201。
4.一種利用權利要求1-3任一項所述的汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置對汽輪機進汽閥門快關過程進行在線監測方法，其特徵在於包括下列步驟: (1)將所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第η主汽門位移變送器安裝在汽輪機主汽門門杆上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第I至第m調節汽門位移變送器安裝在汽輪機調節汽門門杆上； 所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第一壓力傳感器安裝在進汽閥門油動機上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置的第二壓力傳感器安裝在AST油管路上；所述汽輪機進汽閥門快關過程監測裝置跳閘電路的輸入端接危急遮斷系統ETS的繼電器常開觸點J-1兩端； (2)對所述高速數據採集裝置進行初始化，接著進行參數設置，可進行通道、物理量與工程量信號的靈敏度、採樣頻率、時間閥值的設置，保存後進入待採集狀態，等待觸發採集; 所述觸發啟停採集條件設計為:設定跳閘信號為開關量，其由斷開到閉合的階躍變化作為數據採集的觸發條件，設定所有閥門開度小於設定開度或跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化後30s的時刻作為數據採集的結束條件，即閥門開度如小於設定開度時，如果閥門已關閉則結束數據採集，如果閥門關閉遲緩或存在卡澀故障時閥門開度一直大於設定開度，則採集跳閘後30s的數據；採集閥門不同開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息；設定正常快關過程的閥門快關時間為時間閥值；(3) 採集閥門相應開度下正常快關過程的閥門開度信息、油動機油壓信息、AST油壓信息、跳閘信號信息作為閥門快關過程的正常狀態信息； (4)取跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻到閥門開始動作時刻的時間差為閥門延遲時間，跳閘信號由斷開到閉合的階躍變化時刻至閥門開度小於設定開度時刻的時間差為閥門快關時間，在計算機顯示器上顯示延遲時間、快關時間及快關過程曲線；閥門快關時間如小於設定時間閥值則在計算機顯示器上顯示「正常」，如大於設定時間閥值則顯示「超標」，發出報警信號並啟動故障診斷模塊，對監測的參量信息與正常狀態信息進行比對、信息融合分析，如果跳閘後閥門延遲時間異常或AST油壓信息異常，則故障定位在電子迴路部分；如果跳閘後AST油壓信息正常，油動機油壓信息異常，則故障定位在液壓部分；如果跳閘後AST油壓、油動機油壓信息正常，故障定位在機械部分；故障診斷完成後計算機顯示器上顯示故障部位及可能原因； (5)發出報警信號後檢修人員檢查消缺，將故障現象、特徵、原因的診斷規則修改或添加到故障診斷資料庫中。
【文檔編號】F01D17/10GK103953399SQ201410209557
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】王文營, 盧盛陽, 牟法海, 張偉江, 高翔, 唐廣通, 李澤敏 申請人:國家電網公司, 國網河北省電力公司電力科學研究院, 河北省電力建設調整試驗所