數(shù)字傳輸方案在發(fā)電廠鍋爐爐管泄漏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

劉俊　王政斌

摘 要：鍋爐爐管泄漏監(jiān)測(cè)裝置基于聲學(xué)檢測(cè)原理，通過(guò)智能傳感器采集鍋爐燃燒時(shí)的聲音信號(hào)，建模分析并與監(jiān)測(cè)到異常后發(fā)出報(bào)警，及時(shí)提醒運(yùn)行人員進(jìn)行故障排除及計(jì)劃停機(jī)。目前在火電機(jī)組中安裝使用廣泛。目前市場(chǎng)上普遍的產(chǎn)品架構(gòu)及傳輸模式均采用模擬量信號(hào)進(jìn)行。隨著“工業(yè)以太網(wǎng)”的發(fā)展趨勢(shì)要求，數(shù)字化的傳輸架構(gòu)及處理方案逐步應(yīng)市場(chǎng)需求而出，顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文著重論述了數(shù)字化傳輸及信號(hào)處理方案在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鍋爐；爐管泄漏；泄漏監(jiān)測(cè)；模擬量；數(shù)字傳輸；工業(yè)以太網(wǎng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.152

1 概述

隨著發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代發(fā)電廠鍋爐已進(jìn)入大容量、高參數(shù)時(shí)代，鍋爐承壓管介質(zhì)壓力不斷提高，承壓管數(shù)量不斷增多，鍋爐爐管一旦發(fā)生泄漏將直接影響發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，鍋爐四管早期泄漏的及時(shí)發(fā)現(xiàn)有利于電廠防止機(jī)組計(jì)劃外停運(yùn)，并減輕二次泄漏造成的破壞，縮短爐管泄漏的檢修工期、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，燃料燃燒、煙氣流動(dòng)、灰粒無(wú)規(guī)則撞擊金屬的表面等都會(huì)在鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的噪音，如何區(qū)別正常的鍋爐背景噪音和爐管泄漏所產(chǎn)生的噪音是能否準(zhǔn)確反映泄漏狀態(tài)的關(guān)鍵問(wèn)題。

全數(shù)字鍋爐爐管泄漏監(jiān)測(cè)裝置基于聲學(xué)檢測(cè)原理，通過(guò)耐高溫全數(shù)字智能傳感器采集鍋爐燃燒時(shí)的聲音信號(hào)，應(yīng)用先進(jìn)的特征提取技術(shù)，提取爐內(nèi)聲音的時(shí)域、頻域特征，建立有效識(shí)別正常背景噪聲與泄漏信號(hào)的特征向量，采用基于最近鄰（NN）原則的輸出觀察向量計(jì)分方法進(jìn)行模式識(shí)別，具有在強(qiáng)背景噪聲下有效識(shí)別微小泄漏的高識(shí)別率。一旦捕捉泄漏信號(hào)將延時(shí)跟蹤分析，信號(hào)達(dá)到閾值后將發(fā)出報(bào)警。

設(shè)備的處理核心為HZLA系列全數(shù)字智能傳感器。該傳感器在硬件上采用成熟穩(wěn)定的高性能ARM芯片，軟件上采用模塊化分層設(shè)計(jì)和DSP 技術(shù)，具有功能強(qiáng)大、穩(wěn)定好、性價(jià)比高等特點(diǎn)。

全數(shù)字化傳感器即可以自成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，也可以多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)全爐全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與漏點(diǎn)定位報(bào)警。

2 裝置結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)框架如圖1所示（傳感器與設(shè)備間采用網(wǎng)線即數(shù)字信號(hào)傳輸）。

裝置是基于聲學(xué)檢測(cè)原理，通過(guò)改進(jìn)型波導(dǎo)管、聲發(fā)射原理傳感器、基于嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)的全數(shù)字智能傳感器形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電廠鍋爐燃燒時(shí)的背景噪音，由智能傳感器完成對(duì)背景噪音信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)泄漏判斷模型的處理，處理結(jié)果超過(guò)閥值持續(xù)6分鐘，傳感器輸出異常狀態(tài)，連續(xù)持續(xù)12分鐘后傳感器輸出泄漏狀態(tài)，傳感器用數(shù)字通訊信號(hào)的方式高速傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)有效的管理各測(cè)點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電廠鍋爐爐管泄漏的預(yù)警、報(bào)警與漏點(diǎn)的定位。

3 性能指標(biāo)對(duì)比

3.1 一代產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)（目前市面多數(shù)為一代產(chǎn)品）

（1）結(jié)構(gòu)：信號(hào)調(diào)理->上位機(jī)

（2）傳感器與上位機(jī)之間用模擬信號(hào)傳輸，經(jīng)常出現(xiàn)因干擾失真而導(dǎo)致誤報(bào)的情況發(fā)生；

（3）所有測(cè)點(diǎn)依賴于上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，一旦上位機(jī)癱瘓，系統(tǒng)全部失靈。

3.2 二代產(chǎn)品技術(shù)（數(shù)字化）特點(diǎn)（市面少數(shù)為二代產(chǎn)品）

（1）結(jié)構(gòu)：信號(hào)調(diào)理->信號(hào)采樣->上位機(jī)

（2）通訊數(shù)據(jù)量非常大，所以對(duì)在鍋爐本體周圍的復(fù)雜環(huán)境下通訊的穩(wěn)定性有極高的要求；

（3）所有測(cè)點(diǎn)依賴于上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，一旦上位機(jī)癱瘓，系統(tǒng)全部失靈。

3.3 最新數(shù)字化技術(shù)特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)：信號(hào)調(diào)理->信號(hào)采樣->信號(hào)分析->處理結(jié)果->上位機(jī)

（2）HZLA系列全數(shù)字智能傳感器采用最新的嵌入式計(jì)算機(jī)硬件在傳感器內(nèi)部直接進(jìn)行聲音信號(hào)的量化分析處理出結(jié)果上傳到上位機(jī)。全程數(shù)字信號(hào)的傳輸，避免了模擬信號(hào)傳輸不可避免的干擾失真問(wèn)題；僅僅傳輸處理的結(jié)果所以通訊的數(shù)據(jù)量非常的少，一旦出錯(cuò)，及時(shí)重傳，系統(tǒng)對(duì)通訊的環(huán)境不需要有高的要求。

（3）各測(cè)點(diǎn)可以獨(dú)立作，減少了對(duì)上位機(jī)的依賴，體現(xiàn)了分布式計(jì)算、處理的理念，極大的提高了各測(cè)點(diǎn)工作的可靠性。

產(chǎn)品方案技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比參照表1：技術(shù)方案對(duì)比。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

設(shè)備的投入及運(yùn)行，可有效防止機(jī)組計(jì)劃外停運(yùn)，有利于電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度；防止或減輕二次泄漏造成的破壞；避免傳統(tǒng)檢漏方法造成的誤聽(tīng)、誤報(bào)現(xiàn)象而且從根本上避免運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)巡視可能造成的意外事故；設(shè)備還可監(jiān)視吹灰器運(yùn)行工況，防止吹灰器故障損壞受熱面管道。數(shù)字化方案的投入，更有效提高了設(shè)備運(yùn)行性能，增強(qiáng)了設(shè)備可維護(hù)性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉?。?980-），男，江蘇南京人，本科，技術(shù)工程師，主要研究方向：弱電控制。endprint