一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法技术

一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法，本发明专利技术涉及燃气轮机高温部件故障预警方法。本发明专利技术为了解决现有方法存在事后诊断的现象，当系统报警时，部件已经发生较严重的损坏以及故障预警的准确性低的问题。与目前已知的同类实时监测方法相比，本发明专利技术方法充分利用排温各个测点的数据信息。考虑不同工况对排温的影响，消除了燃气轮机高温气体旋转作用对出口温度场分布的干扰，能够更准确检测出异常演变过程，在故障发生的早期就能及时发现，提高故障预警的准确性。当排温以0.008的斜率下降恶化时，本发明专利技术方法相比于传统方法提前了50分钟检测到故障。本发明专利技术用于燃气轮机故障预测领域。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法
本专利技术涉及燃气轮机故障预测领域，考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法。
技术介绍
燃气轮机作为新型的动力设备，具有结构紧凑、运行平稳、安全可靠、可以快速启动并带动负载，具有较高的热效率等优点，在航空、地面和舰船等方面得到了广泛的应用，因此燃气轮机的异常检测对生产实际有着重要意义。在燃气轮机机组运行过程中，对于燃气轮机燃烧系统异常检测方面，50％以上的故障都与燃烧室有关。由于燃烧室燃烧筒等部件长期工作在1600℃的高温区域，工作环境恶劣，设备一旦出现缺陷将可能会对下游的喷嘴和动叶部件安全构成威胁。因此，有必要对燃烧室的工作状况进行监控。燃烧系统一旦出现故障，会使燃烧室出口温度产生差异。因此我们可以通过检测燃烧室出口温度来监测燃烧系统的运行状况。但是，常规的温度测量元件无法在如此高温的区域长期工作，因此，在机组透平排气通道中周向均匀布置了若干个排气测温热电偶，热电偶所测的温度就是燃气轮机的排温。用户通过监视燃气轮机的排气温度来间接监视燃烧室内的工作状况。在实际运行时，当燃烧筒出现异常的时候，排温的结果也会出现异常，所以就可以通过排温的情况来判断燃烧筒的工作情况是否出现异常。热电偶分布情况如图1所示。GE公司开发的MARKVI燃烧监测系统定义S为排气温度的允许排温分散度，认为S是燃气轮机出口的平均排气温度T4*、压气机出口温度T4*的函数，具体函数是个经验公式：在该公式里，温度均是以℉为计量单位的。公式右端的100带有括号，表示变工况条件下才加入该项。此外，MARKVI燃烧监测系统还定义：S1为排气温度热电偶的最高读数与最低读数之间的差；S2为排气温度热电偶的最高读数与第2个低读数之间的差；S3为排气温度热电偶的最高读数与第3个低读数之间的差。基于上述的公式和定义，MARKVI燃烧监测保护系统的判别原理见图2。图2中，K1,K2,K3是三个依据经验定义的参数。典型情况下：K1＝1.0；K2＝5.0；K3＝0.8；在实际应用中发现，该种方法检测不出异常演变的过程，无法对燃烧状态变化趋势做出判断，存在严重的“事后”诊断现象，即当检测系统发出报警时燃烧系统已经损坏较严重。同时，现有的技术都是假设机组的透平流道是均匀的，但是在实际运行过程中，不同工况会使高温燃气产生旋转的现象，如图3所示，从而使燃气轮机出口温度场分布的产生差异。旋转产生的差异对于燃烧系统发生故障时燃烧室出口温度产生的差异是一种干扰因素，在早期预警中，旋转造成的影响可能比燃烧筒异常产生的影响还要大，如图4所示，导致无法检测燃烧室出现异常情况。除此之外，不同工况还会导致不同测点温度的缩放。因此，需要考虑不同工况对排温的影响，消除旋转对燃气轮机出口温度分布的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有方法存在事后诊断的现象，当系统报警时，部件已经发生较严重的损坏以及故障预警的准确性低的缺点，而提出一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法。一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法包括以下步骤：步骤一：燃气轮机在透平出口周向均匀分布n个热电偶测量燃气轮机排气温度，燃气轮机在正常运行时间[t1,tm]，得到了m个时刻n个测点的排温数据序列，分别构成排温数据序列和T4,1，T4,2，…，T4,n，将t1时刻的排温数据序列作为训练集的参考序列；tm时刻的排温数据序列作为训练集的待处理对比序列；T4为排气温度；所述为t2时刻的排温数据序列，T4,1为第一个测点的排温数据序列，T4,2为第一个测点的排温数据序列，T4,n为第n个测点的排温数据序列；步骤二：定义训练集的待处理对比序列与训练集的参考序列的偏差为e，采用欧氏距离判别法确定e的最小值，得到e取最小值时的m个时刻的旋转修正后的排温数据序列和n个测点的旋转修正后的排温数据序列T′4,1，T′4,2，…，T′4,n；步骤三：确定n个测点的旋转修正后的排温数据序列T′4,1，T′4,2，…，T′4,n与n个测点的平均温度之间的关系；步骤四：根据步骤三确定的m个时刻的旋转修正后的排温数据序列与n个测点的平均温度之间的关系，得到n个测点的温度预测值T4pre,1,T4pre,2,…,T4pre,i,…,T4pre,n；步骤五：根据步骤四得到的n个测点的温度预测值T4pre,1,T4pre,2,…,T4pre,i,…,T4pre,n，得到每一个测点的误差带ΔT1,ΔT2,…,ΔTi,…,ΔTn；其中ΔTi为第i个测点的误差带；步骤六：监测时，重新执行步骤一至步骤五，若得到的第i个测点的误差带在ΔTi的范围内，则说明燃气轮机机组无故障，否则燃气轮机机组故障。在监测时，将每个时刻测得的排温数据代入，得到的测点1的预测值T4pre,1。监测每个时刻机组无故障时测点1的预测值T4pre,1与测点1的实际值(修正值)T4',1t之差为ΔT1，则说明机组无故障，若超出该范围，则说明机组发生故障。分别得到若机组无故障时的测点2至n的预测值与实际值之差ΔT2,ΔT3,…,ΔTn，若偏差在ΔTi范围内则说明机组无故障，若超出该范围，则说明机组发生故障。所述高温部件是指燃气轮机燃烧室中的火焰筒、过渡段及首级透平喷嘴、动叶片等部件。本专利技术的有益效果为：目前已有的方法存在事后诊断的现象，当系统报警时，部件已经发生较严重的损坏。为实现燃气轮机高温部件故障的早期预警，及早发现故障，本专利技术提供了一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障早期预警方法。与目前已知的同类实时监测方法相比，本专利技术方法可以充分利用排温各个测点的数据信息。同时，考虑不同工况对排温的影响，消除了燃气轮机高温气体旋转作用对出口温度场分布的干扰，能够更准确检测出异常演变过程，在故障发生的早期就能及时发现，提高故障预警的准确性。因此，可以降低因为燃气轮机产生故障不能及时发现所造成的损失和可能。当排温以0.008的斜率下降恶化时，本专利技术方法相比于传统方法提前了50分钟检测到故障。附图说明图1为热电偶分布情况图；图2为燃烧监测的判别原理图；图3为不同工况旋转的现象图；图中C0为气流在静叶进口的绝对速度(米/秒)，C1为气流在动叶进口的绝对速度(米/秒)，C2为气流在动叶出口的绝对速度(米/秒)，u为动叶牵连速度(米/秒)，α1为C1绝对速度方向角，β1为相对速度方向角，α2为C2绝对速度方向角，β2为相对速度方向角；图4为旋转前后排温分布图；图5为训练集数据图，图中横坐标为时间，纵坐标为功率；图6为测试集正常结果图；图7为测试集异常结果图。具体实施方式具体实施方式一：一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法包括以下步骤：步骤一：燃气轮机在透平出口周向均匀分布n个热电偶测量燃气轮机排气温度，燃气轮机在正常运行时间[t1,tm]，得到了m个时刻n个测点的排温数据序列，分别构成排温数据序列和T4,1，T4,2，…，T4,n，将t1时刻的排温数据序列作为训练集的参考序列；tm时刻的排温数据序列作为训练集的待处理对比序列；为m个时刻的排温数据序列，T4,1，T4,2，…，T4,n为n个测点的排温数据序列；所述为t2时刻的排温数据序列，T4,1为第一个测点的排温数据序列，T4,2为第一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法，其特征在于：所述考虑排温温度场旋转的燃气轮机部件故障预警方法包括以下步骤：步骤一：燃气轮机在透平出口周向均匀分布n个热电偶测量燃气轮机排气温度，燃气轮机在正常运行时间[t1,tm]，得到了m个时刻n个测点的排温数据序列，分别构成排温数据序列

【技术特征摘要】
1.一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法，其特征在于：所述考虑排温温度场旋转的燃气轮机部件故障预警方法包括以下步骤：步骤一：燃气轮机在透平出口周向均匀分布n个热电偶测量燃气轮机排气温度，燃气轮机在正常运行时间[t1,tm]，得到了m个时刻n个测点的排温数据序列，分别构成排温数据序列和T4,1，T4,2，…，T4,n，将t1时刻的排温数据序列作为训练集的参考序列；tm时刻的排温数据序列作为训练集的待处理对比序列；所述为t2时刻的排温数据序列，T4,1为第一个测点的排温数据序列，T4,2为第一个测点的排温数据序列，T4,n为第n个测点的排温数据序列；步骤二：定义训练集的待处理对比序列与训练集的参考序列的偏差为e，采用欧氏距离判别法确定e的最小值，得到e取最小值时的m个时刻的旋转修正后的排温数据序列和n个测点的旋转修正后的排温数据序列T′4,1，T′4,2，…，T′4,n；步骤三：确定n个测点的旋转修正后的排温数据序列T′4,1，T′4,2，…，T′4,n与n个测点的平均温度之间的关系；步骤四：根据步骤三确定的m个时刻的旋转修正后的排温数据序列与n个测点的平均温度之间的关系，得到n个测点的温度预测值T4pre,1,T4pre,2,…,T4pre,i,…,T4pre,n；步骤五：根据步骤四得到的n个测点的温度预测值T4pre,1,T4pre,2,…,T4pre,i,…,T4pre,n，得到每一个测点的误差带ΔT1,ΔT2,…,ΔTi,…,ΔTn；其中ΔTi为第i个测点的误差带；步骤六：监测时，重新执行步骤一至步骤五，若得到的第i个测点的误差带在ΔTi的范围内，则说明燃气轮机机组无故障，否则燃气轮机机组故障。2.根据权利要求1所述一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法，其特征在于：所述步骤一中得到m个时刻的排温数据序列以及n个测点的排温数据序列T4,1，T4,2，…，T4,n具体为：m个时刻的排温数据序列为：……其中分别为t1时刻第1个测点到第n个测点的温度值，分别为tm时刻第1个测点到第n个测点的温度值；n个测点的排温数据序列T4,1，T4,2，…，T4,n具体为：……其中分别为第1个测点t1到tm时刻的温度值，分别为第2个测点t1到tm时刻的温度值，分别为第n个测点t1到tm时刻的温度值。3.根据权利要求1或2所述一种考虑排温温度场旋转的燃气轮机高温部件故障预警方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金福，刘娇，杨绪升，刘鑫，张晓洁，于达仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，南京遒涯信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23