一种燃机热部件运行异常预警方法与流程

本发明属于燃气轮发电机组领域，涉及一种燃机热部件运行异常预警方法。

背景技术：

1、热部件是燃气轮机最重要部件之一，其运行的安全性对应整个电厂安全运行有重要影响。现代燃气轮机输出功率越来越大，燃烧初始温度越来越高，以重型燃机为例，f级初温约1350℃，h/g级初温约1500℃，未来燃气轮机燃烧初始温度将达到1700℃。火焰筒、过渡段及一级透平、动叶片等高温热部件不仅承受着极高的温度，而且还需要有很高的抗断裂强度、抗热机械疲劳、抗蠕变、抗氧化等性能。

2、目前燃气轮机的故障绝大多数都与热部件有关，每年因为热部件故障导致的经济损失高达上千万元。据不完全统计，在燃气轮机故障中，50％以上的故障都与燃机高温热部件有关。因此，针对燃气轮机的热部件进行早期运行异常预警显得尤为重要。

3、目前电厂主要依赖燃气轮机厂家提供的燃烧保护系统进行监控。但在实际应用中，往往在监控系统发出报警时，燃气轮机热部件已经损坏十分严重，或者在发出报警的同时燃机只能减负荷或停机，无法实现热部件早期预警，而只有当设备故障损坏达到一定程度时才给出报警和燃气轮机停机信号。

技术实现思路

1、本发明是为了加强燃机热部件运行状态监测，过燃气轮机运行数据分析和建立燃气轮机热部件运行异常判断规则，实现燃气轮机热部件运行异常预警。

2、为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种燃机热部件运行异常预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)对燃气轮机热部件温度进行编号和命名；所述燃机热部件温度为燃机叶片通道温度或燃机排气温度；

5、(2)在燃机停止运行状态下，对热部件中的燃烧部件进行编号和命名，且燃烧部件的编号与对应的燃机热部件温度的编号相对应(当两者数量一致时，燃烧部件的编号与对应的热部件温度的编号一致；当两者数量不一致时，保存两者编号的对应关系，如燃烧部件序号1对应燃机热部件温度序号1、2、3，燃烧部件序号2对应燃机热部件温度序号4、5、6等)；

6、(3)获取燃机控制系统中的燃机热部件温度分散度保护定值th1、tl1、th2、tl2，以及保护定值划分区间设定值mload(对于无保护定值区间划分的燃机，mload直接设定为燃气轮机发电机功率)；燃气轮机发电机功率pmw小于mload时，分散度保护定值为th1和tl1，燃气轮机发电机功率pmw大于mload时，分散度保护定值为th2和tl2；

7、(4)建立燃机热部件运行实时异常预警规则：

8、4.1读取实时数据燃气轮机发电机功率pmw、各燃机热部件温度，去除各燃机热部件温度中的最大值和最小值后，实时计算剩余温度数据中的平均值tavg、最大值tmax、最小值tmin、最大偏差值tvmax和最小偏差值tvmin；

9、4.2设定热部件异常预警安全阈值limh1、liml1、limh2、liml2，分别对应th1、tl1、th2和tl2；limh1、liml1、limh2和liml2的数值根据燃机型号和燃机实际情况进行调整，一般limh1在5至15，liml1在-5至-15，limh2为5至15，liml2为-5至-15。

10、4.3叶片通道温度异常实时预警：当燃气轮机发电机功率pmw小于mload，且最大偏差值tvmax大于th1－limh1时，初步判断燃机热部件温度存在异常；当燃气轮机发电机功率pmw小于mload，且最小偏差值tvmin小于tl1－liml1时，初步判断燃机热部件温度存在异常；当燃气轮机发电机功率pmw大于mload，且最大偏差值tvmax大于th2－limh2时，初步判断燃机热部件温度存在异常；当燃气轮机发电机功率pmw大于mload，且最小偏差值tvmin小于tl2－liml2时，初步判断燃机热部件温度存在异常。

11、本发明通过建立燃气轮机热部件运行异常判断规则，实现对燃机热部件运行异常预警，能够提前发现运行异常。其中，燃机热部件温度根据不同的燃机型号有所区别，如m701f4燃机采用燃机叶片通道温度，部分燃机采用燃机排气温度。

12、更为具体的，以m701f4燃机为例，热部件运行异常预警方法。包括以下步骤：

13、(1)对燃气轮机热部件温度进行编号和命名，燃机热部件温度为燃机叶片通道温度包括序号为1的叶片通道温度t01，序号为2的叶片通道温度t02，序号为3的叶片通道温度t03，序号为4的叶片通道温度t04，序号为5的叶片通道温度t05，序号为6的叶片通道温度t06，序号为7的叶片通道温度t07，序号为8的叶片通道温度t08，序号为9的叶片通道温度t09，序号为10的叶片通道温度t10，序号为11的叶片通道温度t11，序号为12的叶片通道温度t12，序号为13的叶片通道温度t13，序号为14的叶片通道温度t14，序号为15的叶片通道温度t15，序号为16的叶片通道温度t16，序号为17的叶片通道温度t17，序号为18的叶片通道温度t18，序号为19的叶片通道温度19和序号为20的叶片通道温度t20。同一个时刻的燃气轮机发电机功率数据pmw、燃机热部件温度数据t01、t02、t03、t04、t05、t06、t07、t08、t09、t10、t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17、t18、t19、t20为一组数据。

14、(2)在燃机停止运行状态下对热部件中的燃烧部件包括燃烧器和燃烧筒进行编号和命名，序号为1的叶片通道温度t01对应的燃烧部件编号为1燃烧部件为r01；序号为2的叶片通道温度t02对应的燃烧部件编号为2燃烧部件为r02；序号为3的叶片通道温度t03对应的燃烧部件编号为3燃烧部件为r03；序号为4的叶片通道温度t04对应的燃烧部件编号为4燃烧部件为r04；序号为5的叶片通道温度t05对应的燃烧部件编号为5燃烧部件为r05；序号为6的叶片通道温度t06对应的燃烧部件编号为6燃烧部件为r06；序号为7的叶片通道温度t07对应的燃烧部件编号为7燃烧部件为r07；序号为8的叶片通道温度t08对应的燃烧部件编号为8燃烧部件为r08；序号为9的叶片通道温度t09对应的燃烧部件编号为9燃烧部件为r09；序号为10的叶片通道温度t10对应的燃烧部件编号为10燃烧部件为r10，序号为11的叶片通道温度t11对应的燃烧部件编号为11燃烧部件为r11，序号为12的叶片通道温度t12对应的燃烧部件编号为12燃烧部件为r12，序号为13的叶片通道温度t13对应的燃烧部件编号为13燃烧部件为r13，序号为14的叶片通道温度t14对应的燃烧部件编号为14燃烧部件为r14，序号为15的叶片通道温度t15对应的燃烧部件编号为15燃烧部件为r15，序号为16的叶片通道温度t16对应的燃烧部件编号为16燃烧部件为r16，序号为17的叶片通道温度t17对应的燃烧部件编号为17燃烧部件为r17，序号为18的叶片通道温度t18对应的燃烧部件编号为18燃烧部件为r18，序号为19的叶片通道温度19对应的燃烧部件编号为19燃烧部件为r19和序号为20的叶片通道温度t20对应的燃烧部件编号为20燃烧部件为r20。

15、(3)获取燃机控制系统中的燃机热部件温度分散度保护定值th1、tl1、th2、tl2以及保护定值划分区间设定值mload，pmw小于mload时，分散度保护定值为th1和tl1，pmw大于mload时，分散度保护定值为th2和tl2。

16、(4)建立燃机热部件运行实时异常预警规则，包括燃机运行后叶片通道温度异常实时预警规则和燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则。

17、(5)燃机运行后叶片通道温度异常实时预警规则具体包括，从发电机组控制系统历史/实时数据库中读取实时数据pmw、t01、t02、t03、t04、t05、t06、t07、t08、t09、t10、t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17、t18、t19和t20。去掉t01、t02、t03、t04、t05、t06、t07、t08、t09、t10、t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17、t18、t19、t20中的温度最大值和最小值后，实时计算剩余数据中的平均值tavg、最大值tmax、最小值tmin、最大偏差值tvmax和最小偏差值tvmin，并确定tvmax所对应的叶片通道温度测点序号nomax和tvmin所对应的叶片通道温度测点序号nomin；

18、(6)燃机运行后叶片通道温度异常实时预警规则具体包括，设定热部件异常预警安全阈值，limh1、liml1、limh2、liml2，分别对应th1、tl1、th2和tl2。设定规则为：th1－limh1大于0，th2－limh2大于0，tl1－liml1小于0，tl2－liml2小于0。

19、(7)燃机运行后叶片通道温度异常实时预警规则具体包括，若pmw小于mload，判断tvmax与th1－limh1大小，判断tvmin与th1－liml1大小关系。若tvmax大于th1－limh1，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomax；若tvmax小于th1－limh1，则判断燃烧热部件运行正常。若tvmin小于tl1－liml1，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomin；若tvmin大于tl1－liml1，则判断燃烧热部件运行正常。

20、(8)燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则具体包括，若pmw小于mload且tvmax大于th1－limh1，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomax；读取序号为nomax-1的叶片通道温度t(nomax-1)，读取序号为nomax+1的叶片通道温度t(nomax+1)，对t(nomax-1)－tavg与th1－limh1进行比较，对t(nomax+1)－tavg与th1－limh1进行比较。若t(nomax-1)－tavg大于th1－limh1且t(nomax+1)－tavg大于th1－limh1，则初步判断燃烧热部件出现异常；若t(nomax-1)－tavg小于th1－limh1或t(nomax+1)－tavg小于th1－limh1，则初步判断燃烧热部件运行正常。若nomax＝1，则nomax-1＝20。nomax＝20，则nomax+1＝1。

21、(9)燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则具体包括，若pmw小于mload且tvmin小于tl1－liml1，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomin；读取序号为nomin-1的叶片通道温度t(nomin-1)，读取序号为nomin+1的叶片通道温度t(nomin+1)，对t(nomin-1)－tavg与tl1－limh1进行比较，对t(nomin+1)－tavg与tl1－limh1进行比较。若t(nomin-1)－tavg小于tl1－limh1且t(nomin+1)－tavg小于tl1－limh1，则初步判断燃烧热部件出现异常；若t(nomin-1)－tavg大于tl1－limh1或t(nomin+1)－tavg大于tl1－limh1，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常。若nomin＝1，则nomin-1＝20。nomin＝20，则nomin+1＝1。

22、(10)燃机运行后叶片通道温度异常实时预警规则具体包括，若pmw大于mload，判断tvmax与th2-limh2大小，判断tvmin与th2－liml2大小关系。若tvmax大于th2－limh2，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomax；若tvmax小于th2－limh1，则判断热部件运行正常。若tvmin小于tl2－liml2，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomin；若tvmin大于tl2－liml2，则判断热部件运行正常。

23、(11)燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则具体包括，若pmw大于mload且tvmax大于th2－limh2，则初步判断热部件存在异常，记录nomax。读取序号为nomax-1的叶片通道温度t(nomax-1)，读取序号为nomax+1的叶片通道温度t(nomax+1)。对t(nomax-1)－tavg与th2－limh2进行比较，对t(nomax+1)－tavg与th2－limh2进行比较。若t(nomax-1)－tavg大于th2－limh2且t(nomax+1)－tavg大于th2－limh2，则初步判断燃烧热部件出现异常；若t(nomax-1)－tavg小于th2－limh2或t(nomax+1)－tavg小于th2－limh2，则初步判断燃烧热部件运行正常。若nomax＝1，则nomax-1＝20。nomax＝20，则nomax+1＝1。

24、(12)燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则具体包括，若pmw大于mload且tvmin小于tl2－liml2，则初步判断燃机叶片通道温度存在异常，记录nomin；读取序号为nomin-1的叶片通道温度t(nomin-1)，读取序号为nomin+1的叶片通道温度t(nomin+1)，对t(nomin-1)－tavg与tl2－limh2进行比较，对t(nomin+1)－tavg与tl2－limh2进行比较。若t(nomin-1)－tavg小于tl2－limh2且t(nomin+1)－tavg小于tl2－limh2，则初步判断燃烧热部件出现异常；若t(nomin-1)－tavg大于tl2－limh2或t(nomin+1)－tavg大于tl2－limh2，则初步判断燃机叶片通道温度正常。若nomin＝1，则nomin-1＝20。nomin＝20，则nomin+1＝1。

25、(13)建立燃机运行后热部件运行异常实时预警过滤规则，对根据(7)-(12)异常预警规则得出的判断结果进行过滤，若燃烧热部件存在异常持续存在时间th超过ts后，则给出燃烧热部件预警；若燃机叶片通道温度存在异常和燃机叶片通道温度存在异常持续存在时间th不超过ts，则不给出给出燃烧热部件预警。ts在15-30秒范围内取值。ts的具体数值可以根据燃机型号进行调整。

26、(14)建立燃机运行后异常燃烧部件预警及定位规则，通过历史/实时数据库实时读取燃气轮机发电机发电功率pmw，根据燃气轮机发电机功率与燃机运行偏转角的计算算法gdeg＝f(pmw)，实时计算燃机运行偏转角gdega。

27、gdeg＝f(pmw)的确定方法如下：

28、对燃机运行历史数据进行筛选分析，在燃机正常运行的数据中找到燃机停机后叶片温度最高点并记录编号，在特定燃机功率下找到热部件温度最高点并记录编号，两个编号对应的热部件温度所在位置相对于燃机轴系中心之间的夹角即为燃机运行偏转角，按照这个方法找到所有燃气轮机发电机功率下燃机运行偏转角并进行数据拟合得出gdeg＝f(pmw)的函数关系。偏转角即为燃机运行过程中，热部件温度实际测量温度与热部件温度测点安装位置偏转的角度。

29、(15)当根据(8)、(13)和(14)所述规则判断燃烧部件出现异常时，燃烧异常所在的燃烧部件编号为nor＝nomax-int(gdega/18)+20，int(gdega/18)表示对gdega/18的计算结果四舍五入取整数，发出热部件运行异常实时预警信号并给出发生异常的燃烧热部件编号；

30、(16)根据(9)、(13)和(14)所述规则判断燃烧部件出现异常时，燃烧异常所在的燃烧部件编号为nor＝nomin-int(gdega/18)+20，int(gdega/18)表示对gdega/18的计算结果四舍五入取整数，发出热部件运行异常实时预警信号并给出发生异常的燃烧热部件编号；

31、(17)根据(11)、(13)和(14)所述规则判断燃烧部件出现异常时，燃烧异常所在的燃烧部件编号为nor＝nomax-int(gdega/18)+20，int(gdega/18)表示对gdega/18的计算结果四舍五入取整数，发出热部件运行异常实时预警信号并给出发生异常的燃烧热部件编号；

32、(18)根据(12)、(13)和(14)所述规则判断燃烧部件出现异常时，燃烧异常所在的燃烧部件编号为nor＝nomin-int(gdega/18)+20，int(gdega/18)表示对gdega/18的计算结果四舍五入取整数，发出热部件运行异常实时预警信号并给出发生异常的燃烧热部件编号。

33、本发明具有如下有益效果：

34、本发明是基于对燃气轮机运行数据分析，并建立燃气轮机热部件运行异常判断规则，实现一种燃机热部件运行异常预警方法，无需额外的硬件设备，能够提前发现燃机热部件运行异常。