一种汽轮机进汽阀门快关过程监测装置及在线监测方法

摘要

本发明公开了一种汽轮机进汽阀门快关过程监测装置及在线监测方法，其中监测装置包括测量汽轮机主汽门开度的第1至第n主汽门位移变送器、测量汽轮机调节汽门开度的第1至第m调节汽门位移变送器、测量油动机油压的第一压力传感器、测量AST油压的第二压力传感器、测量跳闸信号的跳闸电路、高速数据采集装置和计算机；其中在线监测方法包括初始化、参数设置、采集、报警、显示和查询的步骤；本发明的有益效果是：能实现汽轮机阀门关闭过程的实时在线连续监测，可对阀门状态进行评价预警，并能实现故障快速定位，对实现设备预测性维修、降低运行安全风险、保障汽轮机的可靠运行具有重要意义。

说明书

技术领域

   本发明属于汽轮机测量诊断技术领域，涉及一种汽轮机进汽阀门快关过程监测装置及在线监测方法。

背景技术

汽轮发电机组超速是火力发电厂的恶性事故，会对安全生产造成重大危害，对企业生产甚至人民生活造成重大影响，是汽轮机重大事故的主要防控内容，而汽轮机进汽阀门关闭迟缓甚至卡涩是造成超速的主要原因，相关技术标准中明确规定必须进行阀门关闭时间测试。然而阀门关闭时间为毫秒级，目前现场配置的控制系统因采样周期过长无法满足阀门关闭时间测试的需求，同时在阀门开度测量环节也存在不足，主要表现在：目前所有汽轮机均是以测量阀门油动机的行程来表示阀门开度，但在发生阀门门杆脱落等故障时油动机的行程不能够真实反映阀门开度；此外汽轮机的部分进汽阀门采用行程开关测量阀门开、关状态的方法，在行程开关出现触点接触不良等问题时则阀门状态失去监测，而且测试关闭时间时不能反映阀门关闭全过程的趋势，不便于故障分析。

目前阀门关闭时间测试方法是在机组停运状态下将阀门油动机行程、行程开关等信号接入高速记录仪器进行测试并进行离线人工分析，在汽轮机运行状态下无法进行测试，但汽轮机运行时由于受热变形、间隙变化等原因造成阀门关闭迟缓甚至卡涩的几率更大，造成机组阀门状态在正常运行失去监测手段，阀门出现故障后不能及时发现，存在极大的安全隐患，因此需要实现在线监测，实时监控机组跳闸时汽轮机阀门的关闭过程。同时由于阀门故障的原因比较复杂，阀门发生故障后故障部位定位困难，经常需要重新模拟故障状态逐一进行排查，因此有必要进行在线故障诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实时监控、在线故障定位、降低汽轮机运行风险的汽轮机进汽阀门快关过程监测装置及在线监测方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种汽轮机进汽阀门快关过程监测装置及在线监测方法；其中汽轮机进汽阀门快关过程监测装置包括测量汽轮机主汽门开度的第1至第n主汽门位移变送器、测量汽轮机调节汽门开度的第1至第m调节汽门位移变送器、测量油动机油压的第一压力传感器、测量AST油压的第二压力传感器、测量跳闸信号的跳闸电路、高速数据采集装置和计算机；所述n为大于等于2小于12的整数；所述m为大于等于2小于12的整数；

所述第1至第n主汽门位移变送器安装在汽轮机主汽门门杆上；所述第1至第m调节汽门位移变送器安装在汽轮机调节汽门门杆上；

所述第一压力传感器安装在进汽阀门油动机上；所述第二压力传感器安装在AST油管路上；所述跳闸电路的输入端接危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1两端；

所述第1至第n主汽门位移变送器、第1至第m调节汽门位移变送器、第一压力传感器、第二压力传感器和跳闸电路的输出端分别接所述高速数据采集装置的相应输入端；所述高速数据采集装置的输出端通过USB端口与计算机相连接。

所述跳闸电路包括继电器J1；所述继电器J1的线圈与危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1串联后接在+24V直流电源的正极与负极之间，所述继电器J1的常闭触点J1-1两端O1与O2分别接所述高速数据采集装置的相应跳闸信号输入端。

所述位移变送器的型号为LVDT；所述第一压力传感器的型号为3051CG；所述第二压力传感器的型号为3051CG；所述高速数据采集装置的型号为CompactDAQ-9229；所述继电器型号MY4J；所述计算机的型号为X201。

利用所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置对汽轮机进汽阀门快关过程进行在线监测方法步骤如下：

（1）将所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第1至第n主汽门位移变送器安装在汽轮机主汽门门杆上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第1至第m调节汽门位移变送器安装在汽轮机调节汽门门杆上；

所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第一压力传感器安装在进汽阀门油动机上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第二压力传感器安装在AST油管路上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置跳闸电路的输入端接危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1两端；

（2）对所述高速数据采集装置进行初始化，接着进行参数设置，可进行通道、物理量与工程量信号的灵敏度、采样频率、时间阀值的设置，保存后进入待采集状态，等待触发采集；

所述触发启停采集条件设计为：设定跳闸信号为开关量，其由断开到闭合的阶跃变化作为数据采集的触发条件，设定所有阀门开度小于设定开度或跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化后30s的时刻作为数据采集的结束条件，即阀门开度如小于设定开度时，如果阀门已关闭则结束数据采集，如果阀门关闭迟缓或存在卡涩故障时阀门开度一直大于设定开度，则采集跳闸后30s的数据；采集阀门不同开度下正常快关过程的阀门开度信息、油动机油压信息、AST油压信息、跳闸信号信息作为阀门快关过程的正常状态信息；设定正常快关过程的阀门快关时间为时间阀值；

（3）采集阀门相应开度下正常快关过程的阀门开度信息、油动机油压信息、AST油压信息、跳闸信号信息作为阀门快关过程的正常状态信息； 

（4）取跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化时刻到阀门开始动作时刻的时间差为阀门延迟时间，跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化时刻至阀门开度小于设定开度时刻的时间差为阀门快关时间，在计算机显示器上显示延迟时间、快关时间及快关过程曲线；阀门快关时间如小于设定时间阀值则在计算机显示器上显示“正常”，如大于设定时间阀值则显示“超标”，发出报警信号并启动故障诊断模块，对监测的参量信息与正常状态信息进行比对、信息融合分析，如果跳闸后阀门延迟时间异常或AST油压信息异常，则故障定位在电子回路部分；如果跳闸后AST油压信息正常，油动机油压信息异常，则故障定位在液压部分；如果跳闸后AST油压、油动机油压信息正常，故障定位在机械部分；故障诊断完成后计算机显示器上显示故障部位及可能原因；

（5）发出报警信号后检修人员检查消缺，将故障现象、特征、原因的诊断规则修改或添加到故障诊断数据库中。

本发明的有益效果是：本发明针对目前汽轮机阀门关闭过程监测方法的弊端，提出了一种汽轮机阀门关闭过程在线监测装置及故障诊断方法，能实现汽轮机阀门关闭过程的实时在线连续监测，对阀门状态进行评价预警、并能实现故障快速定位，对实现设备预测性维修，降低运行安全风险，保障汽轮机的可靠运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的汽轮机进汽阀门快关过程监测装置。

图2为跳闸电路原理图。

图3本发明的在线监测方法程序流程图。

图4为本发明的阀门快关曲线示意图。

在图4中，t₀为跳闸信号动作时刻，t₁为阀门开始动作时刻，t₂为阀门开度小于设定开度时刻，t₃为跳闸信号动作后30s时刻，1为跳闸信号，2为阀门开度。

具体实施方式

由图1-4所示的实施例可知，汽轮机进汽阀门快关过程监测装置包括测量汽轮机主汽门开度的第1至第n主汽门位移变送器、测量汽轮机调节汽门开度的第1至第m调节汽门位移变送器、测量油动机油压的第一压力传感器、测量AST油压的第二压力传感器、测量跳闸信号的跳闸电路、高速数据采集装置和计算机；所述n为大于等于2小于12的整数；所述m为大于等于2小于12的整数；

所述第1至第n主汽门位移变送器安装在汽轮机主汽门门杆上；所述第1至第m调节汽门位移变送器安装在汽轮机调节汽门门杆上；

所述第一压力传感器安装在进汽阀门油动机上；所述第二压力传感器安装在AST油管路上；所述跳闸电路的输入端接危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1两端；

所述第1至第n主汽门位移变送器、第1至第m调节汽门位移变送器、第一压力传感器、第二压力传感器和跳闸电路的输出端分别接所述高速数据采集装置的相应输入端；所述高速数据采集装置的输出端通过USB端口与计算机相连接。

所述跳闸电路包括继电器J1；所述继电器J1的线圈与危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1串联后接在+24V直流电源的正极与负极之间，所述继电器J1的常闭触点J1-1两端O1与O2分别接所述高速数据采集装置的相应跳闸信号输入端。

所述位移变送器的型号为LVDT；所述第一压力传感器的型号为3051CG；所述第二压力传感器的型号为3051CG；所述高速数据采集装置的型号为CompactDAQ-9229；所述继电器型号MY4J；所述计算机的型号为X201。

利用所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置对汽轮机进汽阀门快关过程进行在线监测方法步骤如下：

（1）将所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第1至第n主汽门位移变送器安装在汽轮机主汽门门杆上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第1至第m调节汽门位移变送器安装在汽轮机调节汽门门杆上；

所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第一压力传感器安装在进汽阀门油动机上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置的第二压力传感器安装在AST油管路上；所述汽轮机进汽阀门快关过程监测装置跳闸电路的输入端接危急遮断系统ETS的继电器常开触点J-1两端；

（2）对所述高速数据采集装置进行初始化，接着进行参数设置，可进行通道、物理量与工程量信号的灵敏度、采样频率、时间阀值的设置，保存后进入待采集状态，等待触发采集；

所述触发启停采集条件设计为：设定跳闸信号为开关量，其由断开到闭合的阶跃变化作为数据采集的触发条件，设定所有阀门开度小于设定开度或跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化后30s的时刻作为数据采集的结束条件，即阀门开度如小于设定开度时，如果阀门已关闭则结束数据采集，如果阀门关闭迟缓或存在卡涩故障时阀门开度一直大于设定开度，则采集跳闸后30s的数据；采集阀门不同开度下正常快关过程的阀门开度信息、油动机油压信息、AST油压信息、跳闸信号信息作为阀门快关过程的正常状态信息；设定正常快关过程的阀门快关时间为时间阀值；

（3）采集阀门相应开度下正常快关过程的阀门开度信息、油动机油压信息、AST油压信息、跳闸信号信息作为阀门快关过程的正常状态信息； 

（4）取跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化时刻到阀门开始动作时刻的时间差为阀门延迟时间，跳闸信号由断开到闭合的阶跃变化时刻至阀门开度小于设定开度时刻的时间差为阀门快关时间，在计算机显示器上显示延迟时间、快关时间及快关过程曲线；阀门快关时间如小于设定时间阀值则在计算机显示器上显示“正常”，如大于设定时间阀值则显示“超标”，发出报警信号并启动故障诊断模块，对监测的参量信息与正常状态信息进行比对、信息融合分析，如果跳闸后阀门延迟时间异常或AST油压信息异常，则故障定位在电子回路部分；如果跳闸后AST油压信息正常，油动机油压信息异常，则故障定位在液压部分；如果跳闸后AST油压、油动机油压信息正常，故障定位在机械部分；故障诊断完成后计算机显示器上显示故障部位及可能原因；

（5）发出报警信号后检修人员检查消缺，将故障现象、特征、原因的诊断规则修改或添加到故障诊断数据库中。

汽轮机进汽阀门包括所有主汽门、调节汽门，所述进汽阀门开度取进汽阀门门杆行程的相对值，即在所有主汽门门杆上、调节汽门门杆上而不是油动机上安装位移变送器，测量阀门门杆行程的相对值作为阀门开度。所述压力传感器时间常数≤10ms，所述跳闸继电器拾取危急遮断系统（ETS）系统的输出信号。表征阀门状态的工程量通过传感器组转换为高速数据采集装置可识别的模拟量或开关量。

所述高速数据采集装置采用的型号为NI-CompactDAQ-9229，作用是对从传感器单元传输来的信号进行放大、滤波、模数转换处理，按设定的采样频率（一般设为1kHz）进行信号高速采集并通过USB连接线传输至数据处理计算机。

所述计算机控制着高速数据采集装置的运行，并处理、存储和显示测量数据，本发明可编程软件采用LabVIEW开发。

监测流程为：首先设计主界面布局，然后执行初始化把变量赋为默认值和把控件设为默认状态，之后默认进入“采集”模块，选择“YES”则对高速数据采集装置进行检测，接着进行参数设置，可进行通道、物理量与工程量信号的灵敏度、采样频率、时间阀值的设置，保存后进入待采集状态，等待手动触发采集或触发采集，采集时会显示图形、数据列表、参数计算、数据存储等操作，如果计算的关闭时间超标会显示报警信息，并存入报警信息库，之后自动弹出故障诊断界面，显示可能故障部位。如查询历史数据，可在主界面进入“历史文件”模块，调用存储的历史数据，同时会显示图形、数据列表、参数计算等操作，如果计算的关闭时间超标会显示报警信息，并存入报警信息库，之后自动弹出故障诊断界面，显示可能故障部位。主界面“报警模块”模块可以查询存储的所有报警事件。主界面“诊断模块”包含常见阀门故障的特征及其诊断规则，用户可根据检修情况添加、修改数据库中的内容。

本发明改进了现有汽轮机进汽阀门开度的测量方式及阀门关闭过程的测试方法，通过多监测参量信息与正常状态信息的比对及信息融合分析，实现了汽轮机阀门关闭过程的实时监测及在线故障诊断，提高了阀门状态的可控性及故障处理的时效性，对实现设备预测性维修，降低运行安全风险，保障汽轮机的可靠运行具有重要意义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。