一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统

摘要

本发明提供一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统，包括钢结构间冷塔、多个光纤光栅阵列传感测温元件和空冷岛监控管理平台；钢结构间冷塔具有多个冷却三角，每个冷却三角由两组散热管束和一组百叶窗组成；多个冷却三角立式布置在钢结构间冷塔的周围；光纤光栅阵列传感测温元件设置在散热管束上的温度测点处；空冷岛监控管理平台与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接，空冷岛监控管理平台根据各扇段的出口水温来自动调节百叶窗的开度。本监测系统利用5G网络的高速率、低延时、大数据传输特性，根据散热器壁面温度调节百叶窗的开度，达到调整冷却塔进风量的目的，以此实现间冷塔的冬季防冻、夏季低背压运行。

说明书

技术领域

本发明涉及热动控制领域，特别涉及一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统。

背景技术

随着我国能源产业优化，冷却塔的体型随电厂规模的增大而增大，相较于混凝土冷却塔的质量大、成本高、工期长，钢结构冷却塔优势明显。采用钢结构冷却塔可降低整体造价、缩短施工周期；同时，钢结构冷却塔退役后主体钢构件的回收利用给建设单位带来额外收益。

但是，当前大部分钢结构冷却塔的监测系统不够完善，主要存在以下问题：1)缺乏对冷却空气侧的有效监测，系统参数监测不全面；2)间冷塔宏观监测能力不足，导致系统防冻措施采取不及时；3)间冷系统的优化调整手段不足，精细化控制优化能力不足等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统，本5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统利用5G网络的高速率、低延时、大数据传输特性，根据散热器壁面温度调节百叶窗的开度，达到调整冷却塔进风量的目的，以此实现间冷塔的冬季防冻、夏季低背压运行。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统，包括钢结构间冷塔、多个光纤光栅阵列传感测温元件和空冷岛监控管理平台；所述钢结构间冷塔具有多个冷却三角，每个所述冷却三角由两组散热管束和一组百叶窗组成；多个所述冷却三角立式布置在所述钢结构间冷塔的周围，所述钢结构间冷塔分为多个扇段，每个所述扇段内设置有多个所述冷却三角；所述光纤光栅阵列传感测温元件设置在所述散热管束上的温度测点处；所述空冷岛监控管理平台与所述光纤光栅阵列传感测温元件通信连接，所述空冷岛监控管理平台根据各所述扇段的出口水温来自动调节所述百叶窗的开度。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述空冷岛监控管理平台包括温度场监控系统，所述温度场监控系统与所述光纤光栅阵列传感测温元件通信连接；所述温度场监控系统用于接收并处理所述温度测点的数据，所述温度场监控系统将部分所述温度测点的数据传输至所述空冷岛监控管理平台，进而使所述空冷岛监控管理平台中的运算服务器通过预设的控制策略来控制所述百叶窗的开度。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，还包括智能温度信号采集前端，所述智能温度信号采集前端采集的温度信号无线传输至所述温度场监控系统。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，还包括采集监控单元和采集监控器；每个所述冷却三角上设置有一个所述采集监控器，每个所述扇段具有一个所述采集监控单元；所述采集监控单元的前端与所述扇段中的各个所述冷却三角上的所述采集监控器通信连接，所述采集监控单元的的后端与所述智能温度信号采集前端通信连接，所述采集监控器与所述光纤光栅阵列传感测温元件通信连接；所述采集监控单元将每个所述扇段中所述冷却三角的超温数据和报警信号传输至所述智能温度信号采集前端，所述智能温度信号采集前端将所述冷却三角的超温数据和报警信号经过所述温度场监控系统传输至所述空冷岛监控管理平台，所述冷却三角的超温数据和报警信号用于辅助所述空冷岛监控管理平台进行决策；优选地，所述冷却三角的超温数据为温度大于60度的所述温度测点的数据；所述冷却三角的报警信号为温度大于65度的所述温度测点的数据。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述冷却三角中的两组散热管束和一组百叶窗呈等腰三角形设置，所述温度测点设置在所述散热管束的迎风面上。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，每组所述散热管束的宽度方向上和高度方向上均布置有多个所述温度测点；优选地，每个所述冷却三角上所述温度测点的数量不少于30个。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述温度场监控系统对所述温度测点的数据进行智能分析，并对所述冷却三角内温度分布和所述扇区内温度分布进行均匀性评估，从而考评所述扇段的出口水温的合理性。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述钢结构间冷塔内布置有12个所述扇段，每个所述扇段包含14个所述冷却三角。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中的通信连接为5G网络的无线传输。

进一步地，在上述的5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，所述百叶窗中配备有电动调节型执行机构，所述执行机构通过所述温度场监控系统与所述空冷岛监控管理平台通信连接；当所述扇段的出口水温小于安全运行温度的最小值时，则所述空冷岛监控管理平台控制所述百叶窗的开度减小；当所述扇段出口水温大于安全运行温度的最大值时，则所述空冷岛监控管理平台控制所述百叶窗的开度增大；优选地，所述安全运行温度的范围为6-60度。

分析可知，本发明公开一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统的实施例实现了如下技术效果：

本发明一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，依据间接空冷温度场检测系统实现多点大面积的检测特性，将间接空冷系统的自动调节由扇区调节细化到冷却三角，提高间冷机组抵御不利环境影响的能力，既能在夏季实现最大限度的降低背压，又能够在冬季防冻中保护系统安全运行，还能在大风条件下保证汽轮机运行背压不发生剧烈波动，达到全年供电煤耗下降的目的。同时，本5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统满足建设智慧电厂间接空冷系统智能温度优化控制系统的需要，本系统基于5G的高速率、低延时、大数据传输特性设计，为冷却塔配供间接空冷系统散热器表面温度监测装置，对间接空冷系统进行精细化监测及控制，提高运行安全性等功能。除此之外，钢塔的温度场监测系统可为间接空冷系统百叶窗开度调整提供强大气象数据支撑，实用价值高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的系统工作示意图；

图2为本发明一实施例中钢结构间冷塔的结构示意图；

图3为本发明一实施例中冷却三角的俯视图。

附图标记说明：

1-冷却三角，2-展宽平台，3-圆柱塔体，4-散热管束，5-百叶窗，6-温度测点。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统，包括钢结构间冷塔、多个光纤光栅阵列传感测温元件和空冷岛监控管理平台；钢结构间冷塔具有多个冷却三角1，每个冷却三角1由两组散热管束4和一组百叶窗5组成；多个冷却三角1立式布置在钢结构间冷塔的周围，钢结构间冷塔分为多个扇段，每个扇段内设置有多个冷却三角1；光纤光栅阵列传感测温元件设置在散热管束4上的温度测点6处；空冷岛监控管理平台与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接，空冷岛监控管理平台根据各扇段的出口水温来自动调节百叶窗5的开度。

在上述实施例中，钢结构间冷塔包括多个冷却三角1、展宽平台2和圆柱塔体3，每个冷却三角1由两组散热管束4和一组百叶窗5组成，多个冷却三角1立式布置在钢结构间冷塔的周围，钢结构间冷塔分为多个扇段，每个扇段内设置有多个冷却三角1，每个扇段包含多个冷却三角1。每组散热管束4上的设置有多个温度测点6，相应地在每个扇段的散热管束4的出水口处均设有温度测点6，光纤光栅阵列传感测温元件设置在温度测点6处，用来检测散热管束4上的温度数据，这样可以检测每个冷却三角1的散热管束4的运行温度来作为间接空冷系统优化及防冻的基础数据。空冷岛监控管理平台与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接，空冷岛监控管理平台通过光纤光栅阵列传感测温元件检测得到的散热管束4上的温度数据，进而得到各冷却扇段的出口水温度，再根据各扇段的出口水温不相等的特点来自动调节百叶窗5的开度，这样可实现对冷却扇段有针对性的调整，优化空冷运行。本发明依据间接空冷温度场检测系统实现多点大面积的检测特性，将间接空冷系统的自动调节由扇区调节细化到冷却三角1，提高间冷机组抵御不利环境影响的能力，既能在夏季实现最大限度的降低背压，又能够在冬季防冻中保护系统安全运行，还能在大风条件下保证汽轮机运行背压不发生剧烈波动，达到全年供电煤耗下降的目的。本监测系统还可为百叶窗5的开度调整提供强大的气象数据支撑，实用价值高。本监测系统可以通过三维建模来实现动态展示，从多种角度展现间冷塔温度场温度分布状况。

其中，由于钢结构间冷塔在火电厂是非常重要的结构，且体积庞大，钢结构间冷塔需要采集的数据量巨大，传统的4G网络的速率、实时性、准确率都不能满足要求，针对本系统的大数据量特点，在本发明一个实施例中，本监测系统中的通信连接为5G网络的无线传输。采用5G网络更加能够保证监测系统大量数据的准确性、低时延、低功耗和实时调节性。本监测系统满足建设智慧电厂间接空冷系统智能温度优化控制系统的需要，本系统基于5G网络的高速率、低延时、大数据传输特性设计，为冷却塔配供间接空冷系统散热器表面温度监测装置，对间接空冷系统进行精细化监测及控制，实现间冷塔的冬季防冻、夏季低背压、提高运行安全性等功能。另外，采用5G网络的无线传输可节省大量线缆，无需在冷却塔本体上进行大量布线，降低了材料、施工和维护成本，且5G网络的高速、高可靠率、大带宽为系统的实时控制提供了保证，同时，5G网络采用专网传输系统，可实现安全鉴权，保证数据信息的安全，避免数据泄露。

另外，空冷岛监控管理平台根据各扇段的出口水温不相等的特点来自动调节百叶窗5的开度，百叶窗5中配备有电动调节型执行机构，执行机构与空冷岛监控管理平台通信连接；当扇段的出口水温出现低值，小于安全运行温度的最小值时，则空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度减小甚至关闭。当出现汽机背压升高，说明扇段出口水温过高、即当扇段出口水温大于安全运行温度的最大值时，则空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度增大直至全开，来实现对百叶窗5低温闭锁和尖峰冷却(高温启动)的控制。优选地，钢结构间冷塔安全运行温度的范围为6-60度。

优选地，如图1至图3所示，在本发明一个实施例中，冷却三角1中的两组散热管束4和一组百叶窗5呈等腰三角形设置，温度测点6设置在散热管束4的迎风面上。每组散热管束4的宽度方向上和高度方向上均布置有多个温度测点6。光纤光栅阵列传感测温元件是在生产光纤的过程中，以1米为间距，连续多点写入传感光栅、即传感光栅写入光纤内部，是主要的感温元件。在间冷塔散热管束4的表面布置多个温度测点6，来监控散热管束4的温度变化。其中，在本发明一个实施例中，在冷却三角1的散热管束4的迎风面的低温区上布置多个温度测点6，来监控迎风面低温回流管束的温度、即光纤光栅阵列传感测温元件通过专门支架固定于散热管束4的迎风面的温度测点6处，光纤光栅阵列传感测温元件测得的数值为散热管束4回水侧表面的温度。另外，温度测点6要有一定的密度，同时要能排除环境风和散热翅片的影响，最大限度的保证测量值接近管束内流体的温度，保证最容易结冰的区域被安全准确的监测。根据机组冷却三角1的总高度，在每个冷却三角1的迎风面的每组散热管束4的宽度方向上和高度方向上合理布置光纤光栅阵列传感测温元件、即每组散热管束4的宽度方向上和高度方向上均布置有多个温度测点6，这里宽度方向的布置指的是在散热管束4的宽度方向上(同一高度)布置，重点用于监控水力循环最不利回路处的管束表面温度；高度方向的布置指的是在散热管束4的不同高度上布置多个测点，用以监控散热管束4在高度方向上的温度梯度。优选地，每个冷却三角1的散热管束4的迎风面上的温度测点6的数量不少于30个。系统所有测量设备应安装牢固，抵抗大风及高压水冲洗要求，光纤光栅阵列传感测温元件安装应保证接触到散热管束4，同时由于安装在迎风面低温区，需要屏蔽大风对温度测点6的影响，温度测点6应能最大限度的测量散热管束4内的流体温度。本系统中温度测点6的布置方式，可以保证测点设置的合理性及系统运行的安全性。

其中，在本发明一个实施例中，钢结构间冷塔由两台1000MW火力发电机组构成，间冷塔内两台机组的散热器分为12个扇段，每个扇段内设置有14个冷却三角1，钢结构间冷塔内冷却三角1共计168个。当每个冷却三角1散热面上温度测点6数量为30个时，168个冷却三角1共计有5040个温度测点6。

优选地，如图1至图3所示，在本发明一个实施例中，空冷岛监控管理平台包括温度场监控系统，温度场监控系统为空冷岛监控管理平台的一个子系统，温度场监控系统与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接；温度场监控系统用于接收并处理温度测点6的数据，温度场监控系统将部分具有代表性的温度测点6的数据传输至空冷岛监控管理平台，进而使空冷岛监控管理平台中的运算服务器通过预设的控制策略来控制百叶窗5的开度。空冷岛监控管理平台是位于控制室的整个空冷岛系统的大监控管理平台，空冷岛监控管理平台提供空冷岛状态监测、控制、统计分析、智能算法调整等人机交互界面，用于全方位的监测整个钢结构间冷塔的运维情况，空冷岛监控管理平台只收集部分具代表性的温度测点6做监控管理，并不需要收集所有温度测点6的数据。温度场监控系统是空冷岛设备就近的专用的温度监控服务器，负责所有的温度测点6的温度数据的收集和处理，解决了现有的温度调节系统采集数据量小，且不够准确的问题。本温度场监控系统对大量温度测点6的温度数据进行智能数据清洗、修正和初步评估等处理，然后将具代表性的温度数据筛选上传至空冷岛监控系统平台，为判断决策提供依据，而最终由空冷岛监控管理平台做决策来控制百叶窗5的开度。温度场监控系统本对大量数据进行预处理，减少了大数据量的远传，避免了数据太多对空冷岛监控平台造成负担。空冷岛监控管理平台和温度场监控系统的关系就是总控和子控的关系，温度场监控系统为空冷岛监控管理平台的一个子系统。在应用时，温度场监控系统接收并处理温度测点6的数据，随后温度场监控系统将部分具有代表性的温度测点6的数据传输至空冷岛监控管理平台，进而使空冷岛监控管理平台中的运算服务器通过预设的控制策略来控制百叶窗5的开度。这里部分具有代表性的温度测点6是指能够较好的反应散热管束4温度状态的温度测点6，一般位于散热管束4的出入口和中间位置处。该控制策略是针对钢结构冷却塔而设计的，不同于针对混凝土冷却塔的控制策略，百叶窗中配备有电动调节型执行机构，执行机构通过温度场监控系统与空冷岛监控管理平台通信连接，该控制策略是一个闭环控制，其设定一个温度阈值，超过此温度阈值时，空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度增大，若温度还高时，则继续增大百叶窗5的开度，优选地，该温度阈值为60度；若温度降低时，则空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度减小，优选地，温度降低至6度以下时，空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度减小，冬季为了防冻可根据实测温度关小百叶窗5的开度。

优选地，如图1至图3所示，在本发明一个实施例中，温度场监控系统对温度测点6的数据进行智能分析，并对冷却三角1内温度分布和扇区内温度分布进行均匀性评估，从而考评扇段的出口水温的合理性，进而指导空冷岛监控管理平台控制百叶窗5的开度并为降低机组运行背压保驾护航。这里均匀性评估是指水力学方面的范畴，指循环水在配水过程中呈现的不均匀现象，评估的方法是通过对管路系统进行详细水力计算。扇段的出口水温的合理性是指为了满足散热管束4在冬季运行的安全性，扇段出水温度应该控制在合理的范围内，优选地，扇段出水温度的合理范围为16-60度。不同的冷却三角1，存在一定的温度差，对于不同冷却三角1之间的温度偏差，温度场监测系统通过调控不同百叶窗5的开度的策略，来达到散热管束4表面温度的相对均匀，可以使系统散热性能最优，系统低背压运行。

优选地，如图1至图3所示，在本发明一个实施例中，还包括智能温度信号采集前端，智能温度信号采集前端采集的温度信号无线传输至温度场监控系统、即智能温度信号采集前端通信连接在光纤光栅阵列传感测温元件和温度场监控系统之间。智能温度信号采集前端是指通过传感器测量被测对象的温度并能由就地一体化的测控、信号转化装置转成当前需要的信号形式，通过5G无线网络的形式送到信号接收终端。现有的温度测量大都是就地仪表通过线缆的形式将信号送至终端处理器，本发明采用无线的形式，无需接大量线缆，大大减少了材料量和施工难度，且方便了后期维护。

优选地，如图1至图3所示，在本发明一个实施例中，还包括采集监控单元和采集监控器；每个冷却三角1上设置有一个采集监控器，每个扇段具有一个采集监控单元；采集监控单元的前端与扇段中的各个冷却三角1上的采集监控器通信连接，采集监控单元的的后端与智能温度信号采集前端通信连接，采集监控器与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接；采集监控单元将每个扇段中冷却三角1的超温数据和报警信号传输至智能温度信号采集前端，智能温度信号采集前端将冷却三角1的超温数据和报警信号经过温度场监控系统传输至空冷岛监控管理平台，冷却三角1的超温数据和报警信号用于辅助空冷岛监控管理平台进行决策。在上述实施例中，本系统的采集监控器与光纤光栅阵列传感测温元件通信连接，采集监控器能够输出每个冷却三角1的高低温报警干接点信号。采集监控单元的前端与扇段中的各个冷却三角1上的采集监控器通信连接，采集监控单元的的后端与智能温度信号采集前端通信连接，采集监控单元是收集感温元件温度数据的控制器，采集监控单元就地安装，就地可以做到对采集监控单元的操控，每个采集监控单元具备完整的监控功能。采集监控单元将每个扇段中冷却三角1的超温数据和报警信号通过5G网路传输至智能温度信号采集前端，优选地，冷却三角的超温数据为温度大于60度的温度测点6的数据，冷却三角的报警信号为温度大于65度的温度测点6的数据。智能温度信号采集前端将冷却三角1的超温数据和报警信号经温度场监控系统传输至空冷岛监控管理平台、即温度场监控系统将部分关键测点的数据传输至远端的空冷岛监控管理平台，这里关键测点是指通过对所有温度测点6的数据收集后经过筛选、处理之后得到的出现超温数据和报警信号的非正常的温度测点6。冷却三角1的超温数据和报警信号用于辅助空冷岛监控管理平台进行决策，来调节百叶窗5的开度，空冷岛监控管理平台中的运算服务器通过预设的控制策略来控制百叶窗5的开度，该控制策略设定一个温度阈值，超过此温度阈值时，系统会报警，同时空冷岛监控管理平台调节百叶窗5的开度，若温度还高时，则继续开大百叶窗5的开度，若温度降低时，则适当关小百叶窗5的开度，冬季为了防冻可根据实测温度关小百叶窗5的开度，进而根据季节变化及时进行降温或保温防冻。其中，采集监控器的数量与冷却三角1的数量相等，采集监控单元的数量与扇段的数量相等。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了一种5G模式下的钢结构间冷塔温度场监测系统中，依据间接空冷温度场检测系统实现多点大面积的检测特性，将间接空冷系统的自动调节由扇区调节细化到冷却三角1，提高间冷机组抵御不利环境影响的能力，既能在夏季实现最大限度的降低背压，又能够在冬季防冻中保护系统安全运行，还能在大风条件下保证汽轮机运行背压不发生剧烈波动，达到全年供电煤耗下降的目的。同时，本监测系统满足建设智慧电厂间接空冷系统智能温度优化控制系统的需要，本系统基于5G的高速率、低延时、大数据传输特性设计，为冷却塔配供间接空冷系统散热器表面温度监测装置，对间接空冷系统进行精细化监测及控制，提高运行安全性等功能。除此之外，钢塔的温度场监测系统可为间接空冷系统百叶窗5开度调整提供强大气象数据支撑，实用价值高。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。