监控系统及其故障诊断装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种监控系统， 特别涉及一种监控系统的故障诊断装置。

背景技术

[0002] 目前大多数燃气轮机所使用的监控系统， 能直接检测机体运行各节点参数， 给 出实时运行曲线， 在出现机体运行异常时， 只能给出报警代码， 并不能实时诊 断分析故障原因。 这使得燃气轮机的整体维护起来的复杂性有所 增加， 对值班 人员的技术要求比较高。

技术问题

[0003] 有鉴于此， 本发明提供一种较容易维护的监控系统。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 一种监控系统， 包括燃气轮机和变送器， 所述燃气轮机包括压气机， 燃烧室， 透平， 发电机和数据采集单元； 所述数据采集单元用于监测所述燃气轮机运行 时的实际运行参数 所述监控系统还包括故障诊断装置， 所述变送器将所述数 据采集单元采集到的燃气轮机的实际运行参数 ?转变成可被所述故障诊断装置识 别的实际运行参数 并将实际运行参数 0发送给所述故障检测装置； 所述故障 诊断装置通过虚拟运行燃气轮机系统来输出燃 气轮机的虚拟运行参数 所述故 障诊断装置还用于将上述虚拟运行参数 与监测到的所述燃气轮机的实际运行参 数（3相对比， 然后根据虚拟运行参数1^和监测到的实体运行� ��数（3的差异检索故 障数据库， 并将检索出的燃气轮机的故障原因及故障处理 措施输出以便用户获 知并处理所述燃气轮机出现的故障。

[0005] 在一实施例中， 所述故障诊断系统包括存储单元， 模拟单元， 诊断单元， 查询 单元和输出单元；

[0006] 所述存储单元用于存放故障数据库， 该故障数据库包括故障数据， 故障原因及 故障处理措施； \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205

[0007] 所述模拟单元根据所述燃气轮机固有尺寸参数 建立等尺寸虚拟模型； 所述模拟 单元根据上述实际运行参数 虚拟模型和基础数据进行各项模拟运算得出一 系 列与实际运行参数（3相对应的虚拟燃气轮机� �行参数

[0008] 所述诊断单元将所述变送器发送的实际运行参 数 与所述模拟单元运算的出的 虚拟运行参数 做比较以判断所述燃气轮机的工作状况是否正 常稳定； 当所述诊 断单元的比较结果是实际运行参数（3和虚拟� �行参数1^的差值大于或者等于预定 值， 则所述诊断单元认为燃气轮机运行出现故障， 产生故障数据并将故障数据 发送给所述查询单元；

[0009] 所述查询单元根据所述诊断单元发出的故障数 据检索所述存储单元内的故障数 据库， 并将查询出的数据库中与故障数据对应的故障 原因及故障处理措施发送 给所述输出单元；

[0010] 所述输出单元输出所述查询单元发送的故障原 因及故障处理措施以便用户获知 并处理燃气轮机出现的故障。

[0011] 在一实施例中， 所述监控系统还包括设置有显示单元的操控台 ， 所述查询单元 可同步将数据输出到所述操控台的显示单元， 由所述操控台的显示单元将所述 查询单元发送的故障原因及故障处理措施显示 出来。

[0012] 另外， 本发明还提供一种较容易维护的故障诊断装置 。

[0013] 一种故障诊断装置， 用于一个监控系统内， 所述监控系统包括燃气轮机和变送 器， 所述燃气轮机包括压气机， 燃烧室， 透平， 发电机和数据采集单元； 所述 数据采集单元用于监测所述燃气轮机运行时的 实际运行参数 所述变送器将所 述数据采集单元采集到的燃气轮机的实际运行 参数?转变成可被所述故障诊断装 置识别的实际运行参数 并将实际运行参数（3发送给所述故障检测装� �； 所述 故障诊断装置通过虚拟运行燃气轮机系统来输 出燃气轮机的虚拟运行参数 所 述故障诊断装置还用于将上述虚拟运行参数1^� ��监测到的所述燃气轮机的实际运 行参数（3相对比， 然后根据虚拟运行参数1^和监测到的实体运行� ��数（3的差异检 索故障数据库并将检索出燃气轮机的故障原因 及故障处理措施输出以便用户获 知并处理所述燃气轮机出现的故障； 其中所述故障诊断系统包括存储单元， 模 拟单元， 诊断单元， 查询单元和输出单元； \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205

[0014] 所述存储单元用于存放故障数据库， 该故障数据库包括故障数据， 故障原因及 故障处理措施；

[0015] 所述模拟单元根据所述燃气轮机固有尺寸参数 建立等尺寸虚拟模型； 所述模拟 单元根据上述实际运行参数 虚拟模型和基础数据进行各项模拟运算得出一 系 列与实际运行参数（3相对应的虚拟燃气轮机� �行参数

[0016] 所述诊断单元将所述变送器发送的实际运行参 数 与所述模拟单元运算的出的 虚拟运行参数 做比较以判断所述燃气轮机的工作状况是否正 常稳定； 当所述诊 断单元的比较结果是实际运行参数（3和虚拟� �行参数1^的差值大于或者等于预定 值， 则所述诊断单元认为燃气轮机运行出现故障， 产生故障数据并将故障数据 发送给所述查询单元；

[0017] 所述查询单元根据所述诊断单元发出的故障数 据检索所述存储单元内的故障数 据库， 并将查询出的数据库中与故障数据对应的故障 原因及故障处理措施发送 给所述输出单元；

[0018] 所述输出单元输出所述查询单元发送的故障原 因及故障处理措施以便用户获知 并处理燃气轮机出现的故障。

[0019] 在一实施例中， 所述模拟运算包括热力计算和流体气动计算。

[0020] 在一实施例中， 所述实际运行参数 ?为环境参数 ， 燃气轮机起动参数 6和燃气 轮机性能指示参数（：， 发电机参数 0， 滑油指示参数 £和振动指示参数?至少其中 之一。

[0021] 在一实施例中， 所述环境参数八包括大气温度、 压力、 湿度、 空气质量； 所述 燃气轮机起动参数 6包括起动机转速和功率； 所述燃气轮机性能指示参数（：包括 转速、 空气流量、 燃料成分、 燃料流量、 燃料温度、 各节点温度和压力、 压气 机总功、 排放尾气成分； 所述发电机参数〇包括发电机负载、 发电功率、 电压、 电流和频率； 所述滑油指示参数 £包括油压、 油温、 油箱液位和滑油流量； 所述 振动指示参数 ?包括位移、 速度、 振幅和频率。

[0022] 在一实施例中， 所述基础数据包括环境压力， 环境温度， 环境相对湿度， 转速 ， 燃料种类， 燃料热值和燃料压力。

[0023] 在一实施例中， 所述虚拟运行参数1^包括该压气机后压力， 压气机后温度， 压 \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205 气机空气流量燃料消耗量， 燃气渦轮入口温度， 燃气渦轮入口压力， 动力渦轮 入口温度， 动力渦轮入口压力， 排气温度， 排气压力， 压气机输入功率， 动力 渦轮输出功率， 发电功率及发电效率。

[0024] 在一实施例中， 所述变送器集成在所述故障诊断系统内。

发明的有益效果

有益效果

[0025] 综上所述， 本发明提供的监控系统可监控并分析燃气轮机 的工作状况。 上述监 控系统在燃气轮机运行出现故障时能够直接提 供出故障原因及故障处理措施。 值班人员可以迅速根据监控系统提供的信息处 理燃气轮机的故障， 这样能够降 低燃气轮机维护的复杂性， 对值班人员的技术要求大大降低。

对附图的简要说明

附图说明

[0026] 图 1为本发明一种实施方式的监控系统的功能模� �图。

[0027] 图 2为一实施例的基础数据表。

[0028] 图 3为一实施例的实际运行参数（^和虚拟运行参� ��11的对照表。

发明实施例

本发明的实施方式

[0029] 在详细描述实施例之前， 应该理解的是， 本发明不限于本申请中下文或附图中 所描述的详细结构或元件排布。 本发明可为其它方式实现的实施例。 而且， 应 当理解， 本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途， 不应作限定性解释。 本 文所使用的“包括”、 “包含”、 “具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事 项、 其 等同物及其它附加事项。 特别是， 当描述“一个某元件”时， 本发明并不限定该元 件的数量为一个， 也可以包括多个。

[0030] 如图 1所示， 本发明提出一种燃气轮机的监控系统 99 , 该监控系统 99通过虚拟 运行燃气轮机系统来输出燃气轮机的虚拟运行 参数1 然后将上述虚拟运行参数 与监测到的燃气轮机的实际运行参数（3相对� �来对燃气轮机的运行进行监测。 进一步地， 监控系统 99还可根据虚拟运行参数1^和监测到的燃气轮� �的实际运行 \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205 参数〇之间的差异检索故障数据库， 对燃气轮机进行实时在线诊断出故障原因并 给出故障处理措施。

[0031] 监控系统 99包括燃气轮机 10， 故障诊断装置 50,变送器 60， 和操作台 70。 在本 实施方式中， 燃气轮机 10包括压气机 110， 燃烧室 130， 透平 150， 发电机 170和 数据采集单元 190。 压气机 110、 燃烧室 130和透平 150这三个部件组成燃气轮机 循环。

[0032] 压气机 110从外界大气环境吸入空气， 并经过压气机 110逐级压缩使之增压， 同 时空气温度也相应提高。 压缩空气被压送到燃烧室 130与喷入的燃料混合燃烧生 成高温高压的气体； 然后再进入到透平 150中膨胀做功， 推动透平带动压气机 11 〇和外负荷转子一起高速旋转， 实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机 械 能并输出电能。 从透平 150中排出的废气排至大气自然放热。

[0033] 这样， 燃气轮机 10就把燃料的化学能转化为热能， 又把部分热能转变成机械能 。 通常在燃气轮机 10中， 压气机 110是由燃气透平 150膨胀做功来带动的， 它是 透平 150的负载。 在燃气轮机循环中， 透平 150发出的机械能有部分用来带动压 气机 110, 有部分的机械功用来驱动发电机 170。 在燃气轮机 10起动的时候， 首 先需要外界动力， 一般是起动机 （图未示） 带动压气机 110, 直到燃气透平 150 发出的机械能大于压气机 110消耗的机械能时， 外界起动机脱扣， 燃气轮机 10才 能自身独立工作。

[0034] 数据采集单元 190可以为传感器， 其能够监测燃气轮机 10实际运行时的一系列 参数？ （以下简称实际运行参数 ?） 。 该实际运行参数?包括环境参数 ， 燃气轮 机起动参数 6和燃气轮机性能指示参数（:， 发电机参数 0， 滑油指示参数 £和振动 指示参数？。 上述环境参数八可以为大气温度、 压力、 湿度、 空气质量。 上述燃 气轮机起动参数6可以为起动机转速和功率。 上述燃气轮机性能指示参数（:可以 为转速、 空气流量、 燃料成分、 燃料流量、 燃料温度、 各节点温度和压力、 压 气机总功、 排放尾气成分。 上述发电机参数〇可以为发电机负载、 发电功率、 电 压、 电流、 频率。 上述滑油指示参数 £包括油压、 油温、 油箱液位和滑油流量。 上述振动指示参数 ?包括位移、 速度、 振幅和频率。

[0035] 故障诊断装置 50包括存储单元 520， 模拟单元 530， 诊断单元 550， 查询单元 570 \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205 和输出单元 590。 变送器 60将数据采集单元 190采集到的燃气轮机 10的实际运行 参数 ?转变成可被故障诊断装置 50中模拟单元 530识别的实际运行参数 并将燃 气轮机 10的实际运行参数〇发送给模拟单元 530。 在本实施方式中， 故障诊断装 置 50为计算机， 变送器 60独立于故障诊断装置 50之外。 在其他实施方式中， 变 送器 60也可以集成在故障诊断装置 50内。

[0036] 存储单元 520用于存放故障数据库， 该故障数据库包括故障数据， 故障原因及 故障处理措施。 该数据库系统是根据燃机故障征兆或现象和其 对应的部位、 原 因、 影响以及处理措施来编程建立的。 数据库系统除了能够检索故障原因， 还 能够存储故障信息 （时间、 现象、 原因、 操作等） 形成日志以便维护； 在没有 发生故障时， 也能够根据需要来存储运行参数值， 便于燃气轮机的日常维护， 还能以此判断燃气轮机的检修期。 例如： 当压气机后压力出现较大差异时， 可 以联合进气压力和温度、 空气进气量进行判断， 可能的原因有进气滤清堵塞， 气封磨损泄漏、 压气机叶轮故障等， 对应的措施有清洗或更换进气滤清、 检查 气封和叶轮等。 当燃气轮机出现振动超出标准时， 可能的原因有： 轴承磨损、 转子变形或裂纹、 滑油问题、 支撑松动等， 需要联合其他参数来确认故障部位 和原因。

[0037] 模拟单元 530根据燃气轮机 10固有尺寸参数建立等尺寸虚拟模型。 模拟单元 530 根据上述实际运行参数 虚拟模型和基础数据进行各项模拟运算得出一 系列与 实际运行参数（3相对应的虚拟燃气轮机运行� �数 在本实施方式中， 上述模拟 运算包括但不限于热力计算和流体气动计算。

[0038] 在本实施方式中， 该基础数据包括环境压力， 环境温度， 环境相对湿度， 转速 ， 燃料种类， 燃料热值和燃料压力。 上述基础数据可以预先存储在存储单元 520 内再由模拟单元 530根据需要存取， 也可以由用户直接输入给模拟单元 530。 具 体基础数据请参图 2的表格。

[0039] 在本实施方式中， 虚拟运行参数1^包括该压气机后压力， 压气机后温度， 压气 机空气流量燃料消耗量， 燃气渦轮入口温度， 燃气渦轮入口压力， 动力渦轮入 口温度， 动力渦轮入口压力， 排气温度， 排气压力， 压气机输入功率， 动力渦 轮输出功率， 发电功率及发电效率。 具体实际运行参数 和虚拟运行参数1^请参 \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205 考图 3的表格。

[0040] 诊断单元 550将变送器 60发送的实际运行参数 与模拟单元 53运算的出的虚拟运 行参数 故比较以判断燃气轮机 10的工作状况是否正常稳定。 当诊断单元 550的 比较结果是实际运行参数（3和虚拟运行参数1^ 的差值大于或者等于预定值， 则诊 断单元 550认为燃气轮机 10运行出现故障， 产生故障数据并将故障数据发送给查 询单元 570。

[0041] 查询单元 570根据诊断单元 550发出的故障数据检索存储单元 520内的故障数据 库， 并将查询出的数据库中与故障数据对应的故障 原因及故障处理措施发送给 输出单元 590。

[0042] 输出单元 590输出查询单元 570发送的故障原因及故障处理措施。 在本实施方式 中， 该输出单元 590具备显示功能， 将故障原因及故障处理措施显示出来， 以方 便值班人员了解燃气轮机 10的运行状况并对燃气轮机 10出现的故障进行处理。

[0043] 查询单元 570也可同步将数据输出到操控台 70的显示单元 710， 由显示单元 710 将查询单元 570发送的故障原因及故障处理措施显示出来， 使得值班人员在操作 台 70上即看查看燃气轮机 10的故障原因及故障处理措施， 以节省值班人员的时 间。

[0044] 综上所述， 上述监控系统 99除了能监控和显示运行参数， 还能够远程控制燃气 轮机 10的运行。 当燃气轮机 10运行出现故障时， 值班人员得到电脑反馈的故障 信息后， 能够快速地处理问题， 以防出现安全事故。 传统的燃气轮机 10控制系 统的控制流程是采集数据、 反馈、 显示。 而本系统使用计算机作为虚拟燃机和 数据库的载体， 控制流程除了数据的采集、 反馈、 显示， 还增加了数据的模拟 、 对比和判断， 在此基础上进行故障的诊断。 故， 本发明提供的燃气轮机 10的 监控系统 99能够简化燃气轮机的操作、 降低维护检修难度， 全面地监测和控制 燃气轮机的运行状况， 同时实现了燃气轮机故障检测自动化。

[0045] 由上可知， 本发明提供的监控系统 99可在线监测和调控， 实时自动分析燃气 轮机 10的工作状况； 当机体正常运行时， 系统会记录运行信息， 并且按照记录 数据推测维护时间； 在出现机体工况异常时， 系统能够直接分析故障点并反馈 至值班人员， 同时将故障信息收集于数据库内， 便于维护处理。 这样， 使用上 \¥0 2019/100221 卩（：17 \2017/112205 述控制系统 99 , 在出现故障的第一时间内， 即分析得出可能的故障点和诱因以 及相应的处理措施。 这能够降低燃气轮机 10的运行和维护的复杂性， 对值班人 员的技术要求大大降低。 另外， 本发明燃气轮机 10的监控系统 99能够让值班人 员通过在线监控系统进行远程监控， 实时了解机体工况。 本监控系统 99整体提 高了燃气轮机的运行监控和维护的简易性、 快速实时性， 同时也实现了监测监 控系统 99的自动化故障分析。

[0046] 本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情 况下可以实施成其它形式。 所公 开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性 的。 因此， 本发明的范围是由所 附的权利要求， 而不是根据之前的这些描述进行确定。 在权利要求的字面意义 及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要 求的范围。