大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法及监视系统

摘要

本发明属于大型发电机的安全运行监视技术领域，具体地说，涉及一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法，该方法包括：绘制发电机的安全运行轨迹图谱；根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化范围，形成发电机动态安全运行区域图谱；将实时采集的发电机实际运行数据，绘制成当前时刻的发电机的运行轨迹图；将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常。

说明书

技术领域

本发明属于大型发电机的安全运行监视技术领域，具体地说，涉及大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法及监视系统。

背景技术

目前，大型发电机采用实时基本数字形式的参数监视方式，利用火力发电厂厂级监控信息系统(Supervisory Information System of Plant Level，简称SIS)，是对发电机的运行参数进行实时监视和管理的信息系统，主要功能是将采集的包含发电机的运行参数的发电机数据实时显示在客户端的用户监视界面，用户利用当前界面显示的发电机数据，监视发电机当前状态。

由于有大量的发电机数据显示在客户端的用户显示界面上，但是，监视的发电机数据并没有经过进一步的处理和智能分析，对发电机的运行状态，则完全依靠用户的经验去分析和判断，易于发生错误判断而造成设备损坏，影响发电机的安全运行。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视系统，该系统能够可视化，图形化监视发电机的安全运行区域，提高设备监视的有效手段，利于监视人员的直观判断及其管理，有利于发电机的安全运行，提高设备利用率。

本发明提供了一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法，该方法包括：

绘制发电机的安全运行轨迹图谱；

根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化范围，形成发电机动态安全运行区域图谱；

将实时采集的发电机实际运行数据，绘制成当前时刻的发电机的运行轨迹图；

将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常。

作为上述技术方案的改进之一，所述绘制发电机的安全运行轨迹图谱；其具体过程为：

根据发电机的设计参数，获取发电机的有功功率P和无功功率Q；其中，发电机的设计参数包括：视在功率S，功率因数

确定发电机的额定工作点A(Q

发电机的额定有功功率P

其中，S为额定视在功率；

发电机的额定无功功率Q

其中，sinφ为无功功率因数；

以发电机的有功功率P为纵坐标，发电机的无功功率Q为横坐标，建立坐标系，根据实时采集的、不同的有功功率和无功功率，绘制P-Q曲线图；

P＝S

Q＝S

其中，S

以(Q＝0，P＝0)的点为圆心C，以功率标幺值S＝1为半径，绘制定子电流限制半圆曲线；

选择预先设定的至少四个

依据发电机的额定有功功率P

P

其中，S

Q

依据发电机的短路比SCR，形成D的坐标为(Q，0)；其中，Q＝-SCR；Q为发电机静态稳定极限；以D为圆心，D到点A(Q

连接D点和E1(Q

E2点的坐标为(Q

其中，P

将上述不同的限制线和基本图谱进行汇总，生成发电机的安全运行轨迹图谱。

作为上述技术方案的改进之一，所述根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化量，形成发电机动态安全运行区域图谱；其具体过程为：

发电机外部冷却介质氢气参数额定压力为0.5Mpa，将发电机的安全运行轨迹图谱中的A点、B点、C点、D点和E1点，将上述A点、B点、C点、D点和E1点首尾相连，形成闭合式区域，则该区域作为发电机最大安全区域，并将带有发电机最大安全区域的发电机的安全运行轨迹图谱，作为标准图；

相比发电机外部冷却介质氢气参数额定压力，当发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化量为0.1MPa时，发电机外部冷却介质氢气参数压力为0.4MPa，将标准图成比例缩小至0.9倍，得到0.9倍的标准图；

相比发电机外部冷却介质氢气参数额定压力，当发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化量为0.2MPa时，发电机外部冷却介质氢气参数压力为0.3MPa时，将标准图成比例缩小至0.8倍，得到0.8倍的标准图；

并将0.8倍的标准图作发电机动态安全运行区域图谱。

作为上述技术方案的改进之一，所述将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常；其具体过程为：

将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常；

如果当前时刻的发电机的运行轨迹图在发电机动态安全运行区域图谱上的最大安全区域内，则当前时刻的发电机运行正常；

如果当前时刻的发电机的运行轨迹图未在发电机动态安全运行区域图谱上的最大安全区域内，则当前时刻的发电机运行异常。

本发明还提供了一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视系统，该系统包括：

第一图谱绘制模块，用于绘制发电机的安全运行轨迹图谱；

第二图谱绘制模块，用于根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化范围，形成发电机动态安全运行区域图谱；和

判断模块，用于将实时采集的发电机实际运行数据，绘制成当前时刻的发电机的运行轨迹图；

将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明的方法将发电机运行监视的当前数字形式的图谱转化成可视化的运行轨迹图形方式的图谱监视，直观，易于分析和判断；

2、本发明的方法利于监视人员的直观判断及其管理，及时有效地获取发电机的运行状态，有利于发电机的安全运行，提高设备利用率。

附图说明

图1是本发明的一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法的流程图；

图2是图1的方法中绘制的发电机的安全运行轨迹图谱的示意图；

图3是图1的方法中绘制的发电机动态安全运行区域图谱的示意图。

具体实施方式

现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视方法，该方法包括：

步骤1)绘制发电机的安全运行轨迹图谱；

具体地，根据发电机的设计参数，获取发电机的有功功率P和无功功率Q；其中，发电机的设计参数包括：视在功率S，功率因数

确定发电机的额定工作点A(Q

发电机的额定有功功率P

其中，S为额定视在功率；

发电机的额定无功功率Q

其中，sinφ为无功功率因数；

以发电机的有功功率P为纵坐标，发电机的无功功率Q为横坐标，建立坐标系，根据实时采集的、不同的有功功率和无功功率，绘制P-Q曲线图；

P＝S

Q＝S

其中，S

以(Q＝0，P＝0)的点为圆心C，以功率标幺值S＝1为半径，绘制定子电流限制半圆曲线；

选择预先设定的至少四个

依据发电机的额定有功功率P

P

其中，S

Q

依据发电机的短路比SCR，形成D的坐标为(Q，0)；其中，Q＝-SCR；Q为发电机静态稳定极限；以D为圆心，D到点A(Q

连接D点和E1(Q

E2点的坐标为(Q

其中，P

将上述不同的限制线和基本图谱进行汇总，生成发电机的安全运行轨迹图谱。

步骤2)根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化范围，形成发电机动态安全运行区域图谱；

具体地，发电机外部冷却介质氢气参数额定压力为0.5Mpa，将发电机的安全运行轨迹图谱中的A点、B点、C点、D点和E1点，将上述A点、B点、C点、D点和E1点首尾相连，形成闭合式区域，则该区域作为发电机最大安全区域，并将带有发电机最大安全区域的发电机的安全运行轨迹图谱，作为标准图；

相比发电机外部冷却介质氢气参数额定压力，当发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化量为0.1MPa时，发电机外部冷却介质氢气参数压力为0.4MPa，将标准图成比例缩小至0.9倍，得到0.9倍的标准图；

相比发电机外部冷却介质氢气参数额定压力，当发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化量为0.2MPa时，发电机外部冷却介质氢气参数压力为0.3MPa时，将标准图成比例缩小至0.8倍，得到0.8倍的标准图；

并将0.8倍的标准图作发电机动态安全运行区域图谱。

步骤3)将实时采集的发电机实际运行数据，绘制成当前时刻的发电机的运行轨迹图；

具体地，将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常；

如果当前时刻的发电机的运行轨迹图在发电机动态安全运行区域图谱上的最大安全区域内，则当前时刻的发电机运行正常；

如果当前时刻的发电机的运行轨迹图未在发电机动态安全运行区域图谱上的最大安全区域内，则当前时刻的发电机运行异常。

步骤4)将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常。

并本发明还提供了一种大型发电机的安全运行区域的可视化监视系统，该系统包括：

第一图谱绘制模块，用于绘制发电机的安全运行轨迹图谱；

第二图谱绘制模块，用于根据发电机外部冷却介质氢气参数压力的变化范围，形成发电机动态安全运行区域图谱；和

判断模块，用于将实时采集的发电机实际运行数据，绘制成当前时刻的发电机的运行轨迹图；

将当前时刻的发电机的运行轨迹图投射到发电机动态安全运行区域图谱上，判断当前时刻的发电机是否运行正常。

如图2所示，由原点C向横轴左侧延长短路比SCR的长度得到D点，该点绝对值表示机组端电压UN，该点与额定工作点A相连得到AD直线，表示机组额定运行方式下的空载电动势EqN。原点C到横轴右侧圆弧的距离CB为机组额定定子电流IN，原点C与额定工作点A相连的CA直线表示机组额定定子电流与同步电抗Xd的乘积，其结果可以按比例表示机组额定视在功率SN；横坐标表示无功功率，纵坐标表示有功功率。

根据图2所示的PQ图谱，提供以下三点信息：

其一，表明了发电机运行受定子长期允许发热(决定了定子额定电流)、转子绕组长期允许发热(决定了额定励磁电流)、原动机功率、稳定极限这些因素的限制。当发电机实际运行点在上述限制围成的区域，形成发电机最大安全区域，作为发电机的安全运行范围或安全运行区。发电机的运行点(0.023,0.626)(即图中实心点)处于这区域或边界上，均能长期安全运行。

其二，提供了氢压(即发电机外部冷却介质氢气参数额定压力)变化时的监视，对于水氢氢冷的发电机，当氢压降低时，由于氢气的传热能力减弱，必须降低发电机的允许负荷，因此，在上述限制上添加了氢压修正，根据实际的氢压，按照比例，生成新的运行区域。

其三，实际运行点监视；通过PQ图谱的界面绘制的点表明不断变化的实际运行点的运行状态。

图2中，A点：为发电机额定工作点；

B点：励磁电流限制线与纯感性无功线的交点；

C点：发电机未出力；

D点：进相运行限制线和纯容性无功线的交点(DC长度等于SCR)；

E点：过额定点且平行于横轴的某点；

E1点：发电机理想静态稳定极限限制线DE1和额定有功功率线的交点。

E2点：发电机实际静态稳定极限限制线DE2和额定有功功率线的交点。

如图3所示，在实际的发电机安全运行可视化图谱中S4，具体标明了发电机安全运行的可视化图谱限制线，发电机的输出功率限制线AE限制线，定子电流限制曲线(半圆)，转子绕组发热限制线AB限制线，发电机实际的静态稳定能力极限限制线DE2限制线，发电机理想静态稳定极限限制线DE1限制线。

当发电机的运行数据出现偏差时，即某一时刻的发电机的运行轨迹图投射在发电机动态安全运行区域图谱上，判断发现该时刻的发电机的运行轨迹图未在最大安全区域，形成非安全运行轨迹，及时提供可视化运行信息，及时修正发电机的运行参数，保证发电机实时正常工作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。