电站锅炉压力管道微弱泄漏信号检测方法
【专利摘要】本发明公开了属于火力电站锅炉压力管道泄漏初期微弱信号检测领域的一种火力电站锅炉“四管”泄漏初期微弱信号在线检测方法。将微弱信号检测理论引入炉膛压力管道微弱泄漏信号检测，使用EMD联合自相关差分duffing振子方法进行检测，首先通过对采集信号进行EMD分解，建立背景噪声及泄漏信号数据库并进行初步筛选，选取特征频段对应的IMF进行重构，并对重构信号进行自相关处理，经处理所得信号输入至基于可调节时域的差分duffing振子，通过输出差分信号进行判别，具有较低的检测信噪比及较好的实时性。
【专利说明】电站锅炉压力管道微弱泄漏信号检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火力电站锅炉压力管道泄漏初期微弱信号检测领域，特别是涉及一种 火力电站锅炉"四管"（水冷壁、过热器、再热器及省煤器）泄漏初期的微弱泄漏信号检测方 法。 技术背景
[0002] 火力电站锅炉压力管道泄漏直接影响到热力发电站安全经济运行，若能对压力管 道初期泄漏进行及时检测，可及时上报，给电网调控预留出足够的时间，合理安排停炉，能 够降低运行事故，并带来一定的经济性。
[0003] 目前，国内外对于火力电站锅炉压力管道泄漏初期微弱信号检测方法尚无研究。 对于火力电站锅炉压力管道泄漏信号的检测方法有两类：一类为声信号检查；一类为锅炉 运行工况参数检测。声信号检查均限定于泄漏信号能量相对于背景噪声足够强大的情况 (CN101487567B音波泄漏检测定位装置）；锅炉运行工况检测实时性较差，且受经验影响严 重（CN101839795B锅炉承压管的泄漏诊断系统和方法）。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种电站锅炉压力管道微弱泄漏信号检测方法，使用 CD-EMD (Cross-correlation Difference-duffing EMD)方法进行检测。
[0005] 采集背景噪声或泄漏信号的设备布置如下：
[0006] 电站锅炉压力管道微弱泄漏信号检测的硬件系统包括声感知设备、A/D转换设备、 信号采集设备和信号处理监测设备。其中，声感知设备分部于炉膛外壁各位置，充分结合炉 膛实际环境，以适用于不同泄漏部位检测。
[0007] 声感知设备在线感知炉膛内声信号并进行记录，并将采集信号传入A/D转换设备 中。A/D转换设备与声感知设备之间可以串接信号调理器，对信号进行优化处理。A/D转换 设备将声感知设备采集的模拟信号转换为数字信号后，传入信号采集设备；信号采集设备 对转换后的数字信号按照设定的标准进行采样；并将采样信号传入信号处理检测设备；然 后，通过信号处理和监测设备对采集信号进行历史记录及处理分析。
[0008] 对炉膛内微弱信号数据的处理分析过程如下：
[0009] 步骤1 :针对炉膛建立背景噪声数据库及泄漏信号数据库，确定特征频段；其中背 景噪声数据库的特征为EMD分解后背景噪声特征为主峰值右侧频谱分布为斜向下三角形， 泄漏信号数据库的特征为主峰值右侧频谱分布为梯形分布；
[0010] 步骤2 :对监测过程中采集到的微弱信号，进行EMD处理，得到若干MF分量，并对 IMF分量进行重构；
[0011] 步骤3 :根据建立的背景噪声数据库及泄漏信号数据库对采集信号频段进行初步 筛选，针对特征频段的MF分量进行步骤3-步骤5的处理；特征频段是指背景噪声和泄漏 信号的频谱图中的幅值-频率分布存在差异性的频段，更确切的说，是频谱图中主峰值（即 最大值）对应频率以上，ΙΟΚΗζ频率以下的频段；
[0012] 步骤4 :将重构后的MF进行自相关处理；
[0013]
【权利要求】
1. 一种电站锅炉压力管道微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，所述方法包含如下 步骤： 步骤1:针对炉膛建立背景噪声数据库及泄漏信号数据库，确定特征频段； 步骤2 :对监测过程中采集到的微弱信号，进行EMD处理，得到若干MF分量，并对MF分量进行重构； 步骤3 :根据建立的背景噪声数据库及泄漏信号数据库对采集信号频段进行初步筛 选，针对特征频段的頂F分量进行步骤4-步骤5的处理； 步骤4 :将重构后的特征频段的MF分量进行自相关处理； 步骤5 :将自相关处理后的自相关函数输入至基于可调节时域的差分duffing振子，进 行判别是否存在泄漏信号；步骤5判别包含如下步骤： 步骤501 :构造duffing振子检测系统； 步骤502 :采用可调节时域方法，将高频信号在时域上进行拉伸转换为低频信号，然后 将变换后的信号输入到差分duffing振子； 步骤503 :选定差分振子，及经验系数，得到差分输出信号； 步骤504 :设定警报阈值，将差分输出信号与警报阈值进行比较，判别是否存在泄漏信 号。
2. 根据权利要求1所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，步骤1背景噪声数据 库及泄漏信号数据库的建立，包含如下步骤： 步骤101:在炉膛正常运行工况下，启动声感知设备采集信号A并存储； 步骤102:在炉膛发生泄漏的工况下，或者在正常运行炉膛内人工添加气动生源模拟 泄漏的工况下，启动声感知设备采集信号B并存储； 步骤103 :将采集到的信号A和信号B进行EMD分解；将EMD分解后的信号A和信号B中的IMF分量进行快速傅里叶变换；得到背景噪声和泄漏信号的频谱图； 步骤104 :将步骤103得到的背景噪声和泄漏信号的频谱图分别存入背景噪声数据库 和泄漏信号数据库； 步骤105 :在两个数据库中，确定背景噪声和泄漏信号的特征频段，特征频段是指背景 噪声和泄漏信号的频谱图中的幅值-频率分布存在差异性的频段。
3. 根据权利要求1所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，步骤3中所述自相关 处理的公式为：
其中： Xl(t)为重构和特征频段筛选后得到的IMF分量信号； Rxx(T)为得到的自相关函数； T为检测时间所确定的广义周期；t为时间自变量； T为时间延迟值。
4. 根据权利要求1所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，步骤401中所述振子 检测系统为： x〃 = -kx; +x_x3+fcos(cot)+input(t) 其中： k、f为可调参数， input(t)为自相关处理后的自相关函数；包含待检周期信号Acos〇t)和噪声n(t), 即input(t) =Acos(cot)+n(t)。
5. 根据权利要求1或2所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，所述特征频段是 指频谱图中，主峰值对应频率以上，IOKHz频率以下的频段。
6. 根据权利要求1所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，步骤503中采用双振 子模式，构造方程为：
其中：
I经验参数， 差分X1-X2为输出信号。
7. 根据权利要求1所述的微弱泄漏信号检测的方法，其特征在于，步骤504中，差分输 出信号X1-X2结果大于域值时，即判定为存在泄漏信号；当差分值X1-X2结果小于或等于域 值时，即判定为不存在泄漏信号；警报域值的范围为〇. 15-0. 2。
【文档编号】G01M3/04GK104266796SQ201410484304
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】安连锁, 冯强, 沈国清, 张世平, 姜根山 申请人:华北电力大学