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

劉俊　王政斌

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

關(guān)鍵詞：鍋爐；爐管泄漏；泄漏監(jiān)測；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)電廠鍋爐已進入大容量、高參數(shù)時代，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)電機組的安全、經(jīng)濟運行，鍋爐四管早期泄漏的及時發(fā)現(xiàn)有利于電廠防止機組計劃外停運，并減輕二次泄漏造成的破壞，縮短爐管泄漏的檢修工期、減輕勞動強度。

鍋爐正常運行時，燃料燃燒、煙氣流動、灰粒無規(guī)則撞擊金屬的表面等都會在鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生較強的噪音，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)鍵問題。

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

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)計和DSP 技術(shù)，具有功能強大、穩(wěn)定好、性價比高等特點。

全數(shù)字化傳感器即可以自成系統(tǒng)實現(xiàn)單點的實時檢測，也可以多點聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）監(jiān)測，實現(xiàn)全爐全方位的實時監(jiān)測與漏點定位報警。

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)字信號傳輸）。

裝置是基于聲學(xué)檢測原理，通過改進型波導(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)，實時監(jiān)測電廠鍋爐燃燒時的背景噪音，由智能傳感器完成對背景噪音信號的實時數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過泄漏判斷模型的處理，處理結(jié)果超過閥值持續(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)字通訊信號的方式高速傳輸?shù)缴衔粰C，上位機有效的管理各測點狀態(tài)，實現(xiàn)電廠鍋爐爐管泄漏的預(yù)警、報警與漏點的定位。

3 性能指標(biāo)對比

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

（1）結(jié)構(gòu)：信號調(diào)理->上位機

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

（3）所有測點依賴于上位機進行數(shù)據(jù)分析處理，一旦上位機癱瘓，系統(tǒng)全部失靈。

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

（1）結(jié)構(gòu)：信號調(diào)理->信號采樣->上位機

（2）通訊數(shù)據(jù)量非常大，所以對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）所有測點依賴于上位機進行數(shù)據(jù)分析處理，一旦上位機癱瘓，系統(tǒng)全部失靈。

3.3 最新數(shù)字化技術(shù)特點

（1）結(jié)構(gòu)：信號調(diào)理->信號采樣->信號分析->處理結(jié)果->上位機

（2）HZLA系列全數(shù)字智能傳感器采用最新的嵌入式計算機硬件在傳感器內(nèi)部直接進行聲音信號的量化分析處理出結(jié)果上傳到上位機。全程數(shù)字信號的傳輸，避免了模擬信號傳輸不可避免的干擾失真問題；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，及時重傳，系統(tǒng)對通訊的環(huán)境不需要有高的要求。

（3）各測點可以獨立作，減少了對上位機的依賴，體現(xiàn)了分布式計算、處理的理念，極大的提高了各測點工作的可靠性。

產(chǎn)品方案技術(shù)特點對比參照表1：技術(shù)方案對比。

4 經(jīng)濟性分析

設(shè)備的投入及運行，可有效防止機組計劃外停運，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、誤報現(xiàn)象而且從根本上避免運行人員現(xiàn)場巡視可能造成的意外事故；設(shè)備還可監(jiān)視吹灰器運行工況，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)備運行性能，增強了設(shè)備可維護性。

參考文獻：

[1]劉嵐等.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].電子工業(yè)出版社 ，2008.

[2]張磊等著.電站鍋爐四管泄漏分析與治理[M].中國水利水電出版社，2009.

[3]張文鵬.電站鍋爐四管泄漏防治手冊[M].中國電力出版社，2015.

作者簡介：劉俊（1980-），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