一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法与流程

本发明属于故障检测，尤其涉及阀门震荡故障的检测。

背景技术：

1、随着煤炭清洁的高效利用，电厂智能升级也已成趋势。作为电网主力电源形式的火电机组装机容量最大、可控性强，承担了越来越重的调峰调频任务。然而现役火电机组大多按照基础负荷承担角色设计，无法完全适应深度调峰、快速调频的运行要求。频繁的大范围、快速负荷变化将会导致关键零部件出现交变热应力而引发热疲劳损伤，最终可能引发设备发生性能退化，产生震荡故障。进一步提高汽轮机安全经济运行水平，是促进火电厂发电消纳和能源清洁化转型的有效手段，受到了广泛重视。

2、由于汽轮机运行过程中长期存在调峰调频指令，因此汽轮机组故障出现的时间极大的被缩短，而在传统的定时维修策略下，可能在进行维护时才得以发现级组的故障水平已经在较为严重的程度，甚至已经造成了严重损失，因此亟需在故障产生的早期就针对其进行灵敏识别和早期预警，以有效阻止故障的影响进一步扩大。一种考虑物质和能量平衡方程以及汽轮机蒸汽膨胀模型，建立了燃气轮机联合循环发电厂汽轮机的数学模型，并将其用于故障检测中。

3、基于模型对汽轮机故障诊断和早期预警的研究，由于故障早期征兆十分微弱，未建模特性将会导致这些征兆难以准确识别，因此现有方法在实际应用中存在明显不足。现有的对于汽轮机设备故障诊断与早期预警研究中，虽然已经采用了相对内效率、端差等参数，但在实践和应用中发现，上述参数在机组调峰调频工况下的动态调整过程中会出现明显波动，并无法实时准确反映设备的状态。在出现故障早期微弱征兆时，极易被这些波动淹没掉。还有的方案虽然对汽轮机、燃气轮机的动态信息进行了考虑，但是均是从转子动力学角度出发，而非热力动态角度。最后，机组参数之间存在明显的耦合性，而现有研究中均没有对其进行综合考虑。

4、综上原因，导致了现有部分研究存在一定程度的局限，无法完全适用于汽轮机中间段在真实调峰调频运行场景下的故障早期预警中。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有方法无法适用于汽轮机中间段在真实调峰调频运行场景下的故障早期预警的问题，现提供一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法。

2、一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，包括以下步骤：

3、步骤一：分别采集汽轮机调节阀门的级前、级后实际压力和实际开度，并计算汽轮机调节阀门的实际压比；

4、步骤二：分别以汽轮机调节阀门的实际压比和实际开度为横、纵坐标建立阀门坐标系，根据步骤一获得的实际压比和实际开度在该阀门坐标系中描绘出散点，获得阀门开启特性图，所述第i个散点的坐标为(xi,yi)，i＝1,2,...,i，i为阀门开启特性图中散点的总数；

5、步骤三：根据多项拟合公式分别计算阀门开启特性图中每个散点的拟合结果纵坐标：

6、

7、其中，yi为第i个散点的拟合结果纵坐标，c1为多项拟合公式的常数项，c2和c3分别为多项拟合公式的一次项系数和二次项系数，

8、以散点的横坐标xi和散点的拟合结果纵坐标yi构建数据点(xi,yi)，并将所有数据点沿横轴进行排序；

9、步骤四：以最新归档点与最新数据点(xn,yn)的连线作为中线建立平行四边形，所述平行四边形与所述中线相交的边平行于纵轴且长度为2δe，δe为最优实际开度值，n＝3,4,...,i，第一个数据点(x1,y1)为初始最新归档点；

10、步骤五：判断最新归档点与最新数据点(xn,yn)之间的所有数据点是否均位于所述平行四边形内，是则直接执行步骤六，否则将数据点(xn-1,yn-1)保存至归档集中并作为最新归档点，然后执行步骤六；

11、步骤六：判断n是否等于i，是则将归档集中所有数据点拟合成的曲线作为阀门开启特性曲线，然后执行步骤七，否则使n＝n+1，然后返回步骤四；

12、步骤七：根据下式计算阀门振荡指数voi：

13、

14、其中，δy为阀门开启特性曲线首末端点纵坐标之差，δx阀门开启特性曲线首末端点横坐标之差；

15、步骤八：判断阀门振荡指数voi是否超出其预警范围，是则执行步骤九，否则汽轮机调节阀门无振荡故障；

16、步骤九：判断阀门开启特性曲线是否出现死区现象，是则汽轮机调节阀门出现卡涩故障，否则汽轮机调节阀门出现开启不规律或阀门松动故障。

17、进一步的，上述步骤一中根据下式计算所述实际压比pr：

18、

19、其中，p0和p1分别为汽轮机调节阀门的级前和级后实际压力。

20、进一步的，上述步骤三中多项拟合公式的常数项c1、多项拟合公式的一次项系数c2和二次项系数c3的获得方法为：

21、分别计算每个散点的权重并建立如下两个矩阵：

22、

23、其中，wi为第i个散点的权重，

24、将矩阵a和矩阵b相除的结果矩阵中的元素分别作为多项拟合公式的常数项c1、多项拟合公式的一次项系数c2和二次项系数c3。

25、进一步的，上述每个散点的权重通过以下方法获得：

26、采用网格搜索法在阀门开启特性图中选取最优实际压比值，以最优实际压比值为单位区间将阀门开启特性图中的所有散点划分为多个区间，

27、根据下式分别计算每个散点的权重：

28、wi＝(1-fi3)3，

29、其中，fi为第i个散点与其所在区间的中点之间的距离。

30、进一步的，上述最优实际压比值为0.03。

31、进一步的，采用网格搜索法在阀门开启特性图中选取最优实际开度值。

32、进一步的，上述最优实际开度值为0.03。

33、本发明针对汽轮机频繁调峰调频的需求，通过分析故障原理以及实质影响，利用实际机组功率数据，建立一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，以实现阀门震荡故障的灵敏识别和早期预警。

技术特征：

1.一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，步骤一中根据下式计算所述实际压比pr：

3.根据权利要求1所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，步骤三中多项拟合公式的常数项c1、多项拟合公式的一次项系数c2和二次项系数c3的获得方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，所述每个散点的权重通过以下方法获得：

5.根据权利要求4所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，所述最优实际压比值为0.03。

6.根据权利要求1所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，采用网格搜索法在阀门开启特性图中选取最优实际开度值。

7.根据权利要求6所述的一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，其特征在于，所述最优实际开度值为0.03。

技术总结
一种基于震荡指数的阀门震荡故障检测方法，涉及故障检测技术领域。本发明是为了解决现有方法无法适用于汽轮机中间段在真实调峰调频运行场景下的故障早期预警的问题。本发明采集汽轮机调节阀门的级前、级后实际压力和实际开度，计算汽轮机调节阀门的实际压比，构建阀门开启特性图进而计算数据点，之后构建数据点的平行四边形筛选归档点，用归档点拟合成阀门开启特性曲线，进而计算阀门振荡指数，若阀门振荡指数超出其预警范围，则汽轮机调节阀门出现卡涩故障，否则汽轮机调节阀门出现开启不规律或阀门松动故障。

技术研发人员：崔青汝,周之豪,谢天,杨如意,张越,何宁,王文彬,刘金福
受保护的技术使用者：国家能源集团新能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13