一种垃圾填埋气体发电机组监控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及垃圾填埋气体发电机组电站技术领域，尤其涉及一种垃圾填埋气体发电机组监控系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着能源短缺问题日益严重，人们对填埋气的认识发生了变化，填埋气体是一种可燃气体，将垃圾填埋场中产生的填埋气作为燃料利用气体机发电的技术，是一种将垃圾清洁化、资源化处理的利用方式。垃圾填埋气体发电机组电站的正常稳定运行，则垃圾填埋气体发电机组监控系统起到监控核心作用。垃圾填埋气体发电机组电站包括垃圾填埋气源、气体预处理、气体发动机、发电机、电网及各个电气监控系统。
[0003]气体预处理系统控制的合理性与否，直接影响着气源的质量和运行环境的安全；气体发电机组系统控制的合理性与否，直接影响着电量的品质及机组的安全；配电系统控制的合理性与否，直接影响着功率分配的均衡性及电力输送的安全。垃圾填埋气体发电机组监控系统的重要性，显而易见。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提出一种垃圾填埋气体发电机组监控系统及方法。
[0005]本发明为完成本系统采用如下技术方案:
一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，包括:垃圾填埋气体预处理监控装置、垃圾填埋气体发动机监控装置、垃圾填埋气体发电机配电管理装置、垃圾填埋气体发电机组远端计算机监控装置，所述的垃圾填埋气体预处理监控装置通过垃圾填埋气体发动机监控装置与垃圾填埋气体发电机配电管理装置相连，垃圾填埋气体预处理监控装置、垃圾填埋气体发动机监控装置、垃圾填埋气体发电机配电管理装置的数据端口分别通过电缆与垃圾填埋气体发电机组远端计算机监控装置相连；
其中的垃圾填埋气体预处理监控装置通过电缆与气体预处理装置信号传输接口相连；垃圾填埋气体发动机监控装置通过电缆与气体发动机信号传输接口相连；垃圾填埋气体发电机配电管理装置通过电缆与发电机信号传输接口相连。
[0006]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的垃圾填埋气体预处理监控装置由采集模块1、处理模块1、控制模块I组成，所述处理模块I的输入端通过采集模块I与气体预处理装置的压力传感器、温度传感器、浓度传感器、火焰传感器的信号传输接口相连；处理模块I的输出端通过控制模块I与气体预处理装置的断气阀、电动阀、放散阀的信号传输接口相连。
[0007]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的垃圾填埋气体发动机监控装置由气体机发动机监测装置、气体机发动机安全保护装置、气体机发动机控制装置、气体机发动机辅助控制装置组成；气体机发动机监测装置通过气体机发动机安全保护装置与气体机发动机控制装置相连； 其中，气体机发动机监测装置通过电缆与气体发动机的转速传感器、压力传感器、温度传感器、数字量传感器的信号传输接口相连；气体机发动机安全保护装置通过电缆与气体发动机的停机装置、节气门、点火、空燃比、爆震的信号传输接口相连；气体机发动机控制装置通过电缆与气体发动机的断气阀、转速传感器、压力传感器、温度传感器、本安型传感器、缸温至缸温的信号传输接口相连；气体机发动机辅助控制装置通过电缆与气体发动机的电磁阀、滑油栗、冷却水栗、冷却风机的信号传输接口相连。
[0008]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的垃圾填埋气体发电机配电管理装置由采集模块V1、处理模块V1、控制按钮VI组成，所述的处理模块57输入端通过采集模块VI与发电机的电压、电流的信号传输接口相连，处理模块VI输出端通过控制按钮VI与发电机的断路器信号传输接口相连。
[0009]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的垃圾填埋气体发电机组远端计算机监控装置由通信管理机与计算机连接组成，通信管理机的数据端分别通过电缆与垃圾填埋气体预处理监控装置的处理模块I相连，与垃圾填埋气体发动机监控装置的气体机发动机监测装置相连，与垃圾填埋气体发电机配电管理装置的处理模块VI相连。
[0010]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的气体机发动机监测装置16由采集模块I1、处理模块I1、显示模块I组成；所述处理模块II的输入端通过采集模块II与气体发动机的转速传感器、压力传感器、温度传感器、数字量传感器的信号传输接口相连，处理模块的输出端通过电缆与显示模块I相连。
[0011]—种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的气体机发动机安全保护装置由控制模块II1、处理模块II1、控制按钮II1、显示模块III组成，所述处理模块III通过控制模块III与气体发动机的停机装置、节气门的信号传输接口相连，控制模块III的第一输入端与气体机发动机监测装置相连，控制模块III的第二输入端与气体机发动机控制装置相连；处理模块III的输入端与爆震的信号传输接口相连，处理模块的第一输出端与点火、空燃比的信号传输接口相连，处理模块III的第二输出端与显示模块III相连。
[0012]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的气体机发动机控制装置由采集模块IV、安全保护模块、处理模块IV、缸温保护模块组成，处理模块IV通过安全保护模块与采集模块IV相连，采集模块IV通过电缆与气体发动机的转速传感器、压力传感器、温度传感器、本安型传感器的信号传输接口相连；安全保护模块的第一输出端与断气阀相连，安全保护模块的第二输出端与气体机发动机监测装置相连，安全保护模块的第三输出端与气体机发动机安全保护装置相连；处理模块IV通过缸温保护模块与气体发动机的缸温I至缸温η的信号传输接口相连，处理模块IV的输出端与气体机发动机辅助控制装置19相连。
[0013]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统，所述的气体机发动机辅助控制装置由控制模块V、处理模块V、显示模块V、控制按钮V组成，处理模块V通过控制模块V与气体发动机的电磁阀、滑油栗、冷却水栗、冷却风机的信号传输接口相连；处理模块V的输入端与控制按钮V相连，处理模块V的输出端与显示模块V相连。
[0014]一种垃圾填埋气体发电机组监控系统的监控方法，包括:垃圾填埋气体预处理监控方法，垃圾填埋气体发动机监控方法，垃圾填埋气体发电机配电管理方法，垃圾填埋气体发电机组远端计算机监控方法；
I)所述的垃圾填埋气体预处理监控方法，采用的垃圾填埋气体预处理监控装置，用于采集火焰传感器火情信号，经过判断处理，控制紧急切断阀关闭，并打开气体放散阀，紧急停止气体机组，同时发出危险报警信号，具体的实施步骤如下:
a.通过气体预处理监控装置采集模块，对细水雾温度、垃圾填埋气温度、细水雾水压、垃圾填埋气压力、垃圾填埋气浓度进行采集，采集模块I由PTlOO采集器、变送器采集器组成；
b.将采集模块I采集的信号经气体预处理监控装置的处理模块I处理后，与触摸显示屏进行通讯，将参数通过触摸显示屏进行显示；并与设定的报警值作比较，进行超限报警；处理模块I为可编程控制器；
超限报警包括，垃圾填埋气温度高:当温度值大于等于40°c时，报警输出；垃圾填埋气压力低:当压力值小于等于5KPa时或大于等于20KPa时，报警输出；
c.通过气体预处理监控装置的控制模块I，控制燃气紧急停机断气阀、电动阀和放散阀关闭和打开，调节管路内压力，出现危险报警时关闭紧急停机断气阀，打开放散阀；
d.在燃气管道内产生回火时，通过在主管路与支管路统一装设的火焰传感器、在主管路装设的浓度传感器、在箱装体内装设的燃气泄漏传感器，进行的一种保护；
当输送管路上无明火时，火焰传感器输出0.2V信号到气体预处理装置采集模块I，再传输给处理模块I判断为输送管路正常，不报警无信号输出；
当输送管路上有明火时，火焰传感器输出4.5V信号到处理模块，处理模块判断为输送管路异常，输出给控制模块，控制紧急切断主管路气体阀，打开放散阀，并为了将管路中，多余的气体燃烧干净，经延时后，紧急停机气体机组，同时发出危险报警信号；
浓度传感器将信号实时传送给采集模块I，发给处理模块I分析处理，当放散阀打开经延时后，检测燃气浓度未下降到设定值，判断放散阀故障，发出报警信号，提示巡检人员尽快排除故障；采集模块I实时采集燃气泄漏传感器信号，当检测到燃气泄漏信号时，发出报警信号，提醒巡检人员采取措施，消除火灾隐患，达到一种防火的保护；
2)所述的垃圾填埋气体发动机监控方法，采用垃圾填埋气体发动机监控装置，对气体机的点火控制器、空燃比控制器、节气门控制器进行合理控制，对爆震控制器进行保护动作；包括:对气体发动机监测、对气体机发动机安全保护、对气体机发动机控制、对气体机发动机辅助控制；
(1、对气体发动机监测的方法，其具体步骤如下:
(I)、数据有效性判断，通过对垃圾填埋气体机发电机组运行的参数:温度、压力、排温采集信息与所采集垃圾填埋气体机发电机组运行参数正常范围进行对比，在控制工作状态下，若采集参数小于越限下限值或大于越限上限值时，判断传感器越限，并给予警示报警；在正常工作状态下，若采集值达到报警设定值范围:低于压力低报警值、高于温度高报警值，判定气体机组监测装置发出声光报警，提醒运营人员检查相关传感器；
⑵、数据修正，用采集后的电阻减去外部调节的电阻值，其差值就是趋于实际电阻值，趋于实际温度值，即采用处理模块的可调电位器设定传输线路对应的外部调节线阻可调值，再用采集后的电阻减去处理模块的可调节电位器线阻，显示或判断趋于实际值的温度；
⑶、滤波处理，对信息采集模块所采集的压力信号进行滤波处理，使用在设置的时间段内连续采集N次压力参数，并去掉一个最大值，去掉一个最小值，将N-2中间值求算术平均值的方法，使压力滤波掉误差峰值和误差波谷值，更合理的实际压力值，用于显示及判断，解决了压力信号压力源抖动问题；
⑷、数据转换，将所采集的数据进行最终量值变换，将数据转换成处理模块易读易应用计算、判断的数字量信息，应用完成后，再将其数字量转化为目标参数，实现机组运行状态的显示，包括:电阻值与温度；4-20mA与压力；0-30mV与排温；
(5)、远传数据通讯，机旁显示单元以外机组检测部分设置了 Modbus-RTU通讯协议，将数据远传至远端计算机监控单元，用户在远程对机组的运行状态进行监控；
(2、对气体机发动机安全保护的方法
⑴、垃圾填埋气安全保护:当监测到包括:爆震控制器报警、沼气泄露报警、火焰报警、烟雾报警、可燃气烟雾报警等时，切断气体预处理主管路并气体机紧急停机，提高垃圾填埋气气体机发电机组的安全运行；
⑵、气体机发动机缸温多方面多层次关联保护:单缸排温大于690°C时，延时5s，监控系统保护判断发出声光报警并延时判断确认后发出降功率指令，功率降到设定值后，延时10s，再次判断单缸排温是否小于690°C或者降到某温度值以下，如果否，则控制分闸，发出声光报警并关闭断气阀，紧急停机；如果是，则气体机发动机安全保护装置收回降功率信号，恢复正常运行；机组A、B列单列平均缸温大于660°C时，延时5s，计算平均缸温时会排除传感器故障的因素，气体机发动机安全保护装置给功率管理装置发出降功率指令，功率降到功率管理装置设定值后，延时10s，再次判断单列平均缸温是否小于660°C或降到某温度值，如果否，分闸，声光报警并关闭K30流量阀，紧急停机；如果是，则气体机发动机监控装置收回降功率信号，恢复正常运行。单列增压空气压力多20KPa时，本列的单缸缸温高于本列的平均缸温100°C以上，延时5s，气体机发动机安全保护装置发出降功率信号，功率降到功率管理装置设定值后，延时10s，再次判断单缸排温是否高于单列平均缸温100°C及以上，如果是，分闸，发出声光报警并关闭K30流量阀，紧急停机；如果否，则气体机发动机监控装置收回降功率信号，恢复正常运行。单列增压空气压力多20KPa时，本列的单缸缸温低于本列的平均缸温100°C时，单缸点火可能失败，其他缸点火能量发生变化，易引起爆震，此时发出声光报警信号，提示巡检人员尽快排除故障；
(3、对气体机发动机控制的方法；
⑴、在点火系统中，处理模块根据发动起动、空载、部分负载、满载运行工况对点火提前角进行实时调整，控制燃气机组的起动、运行稳定性；
⑵、处理模块通过测量空气和混合气的流量来计算出空燃比值，通过外部设定固定空燃比设定值，实时针对燃气热值、燃气浓度变化以及燃气机组转速，负载等运行工况变化自动进行精确补偿，控制当前发动机的空燃比值以满足机器对空燃比实际的需求；
⑶、处理模块通过调整气体机组进机混合气进气量的大小实现对气体机组转速的实时调整，完成对气体机的调速；
⑷、处理模块监测气体机内的非控制燃烧过程，在燃烧室内产生高频压力震荡，输出爆震严重等级信息开关量信号，用于气体机报警或控制停车；
(5)、爆震的控制，是从四个阶段进行保护控制:
普通报警，当爆震控制器检测到敲缸频率出现异常时，达到设定的普通报警阶段时，控制器会发出报警信号，提醒巡检人员尽快采取有效措施，防止爆震级别进一步的上升； 轻微爆震，若爆震程度由普通报警阶段升至轻微爆震阶段时，爆震控制器，发出声光报警，同时通过CAN总线与点火控制器进行联动，调整点火提前角，爆震控制器继续实时采集爆震信号的强度，形成闭环保护；若爆震程度降低，则继续调整点火提前角，直到爆震消失，停止调整；
若爆震程度上升，则进入降低负荷保护阶段；降低负荷，若爆震程度由轻微爆震阶段升至降低负荷阶段时，爆震控制器，发出声光报警，同时通过CAN总线与点空燃比控制器、气体机发动机安全保护装置进行联动，空燃比控制器会根据标定的MAP及PID对空燃比进行调整，气体机发动机安全保护装置发出降功率信号，爆震控制器继续实时采集爆震信号的强度，形成闭环保护，若爆震程度降低，则继续调整空燃比、继续降功率直到爆震消失，停止调整；若爆震程度上升，则进入紧急停机保护阶段；
紧急停机，若爆震程度经过点火提前角的调整、空燃比的调整、负荷的降载一系列保护动作后，无明显降低时，爆震控制器给气体机发动机安全保护装置发出紧急停机信号，气体机发动机安全保护装置会立即控制机组分闸、紧急停机，防止爆震对发动机的严重破坏；
(4、气体机发动机辅助控制方法，分为垃圾填埋气体发动机滑油预供自动控制和冷却水系统温度自动控制；
A.对垃圾填埋气体发动机滑油预供自动控制:
⑴、在气体发动机停机备用状态下，该装置自动定时控制电动滑油输送栗运转，为气体发动机主轴瓦、汽缸套运动部件注入润滑油对其进行预润滑；
⑵、在气体发动机由运行状态转为停止状态后，该装置自动控制电动滑油输送栗运转，对滑油进行强制循环，起到对机体内部主要运动部件降温的功能；
⑶、在气体发动机运行状态下，对该装置的自动滑油脱硫置换工作进行初始化，通过监控装置定时器自动投入运行，使滑油脱硫置换按照所需时间间隔断续的投入运行；当滑油脱硫置换投入运行的同时自动控制电动三通阀全部打开，使滑油全部经过滑油脱硫装置再回入气体发动机油底壳的气体机润滑油存储部位，滑油脱硫置换退出同时自动控制电动三通阀全部关闭，即