一种燃气轮机燃料阀卡涩故障识别及处理方法与流程

本发明涉及燃气轮机发电，具体涉及一种燃气轮机燃料阀卡涩故障识别及处理方法。

背景技术：

1、燃气轮机作为重要的动力设备，广泛应用于能源、电力等领域，其运行稳定性直接影响系统的安全与效益。燃料阀是燃气轮机燃料供给系统的核心部件，负责根据控制指令调节燃料流量，进而实现机组负荷的升降控制。在长期运行过程中，燃料阀的阀芯与阀杆之间易因磨损、杂质沉积或密封件膨胀等原因发生卡涩故障，导致阀门开度无法随控制指令正常变化。卡涩故障的表现形式包括执行机构迟滞响应、阀杆运动受阻以及开度信号与控制指令之间出现持续偏差。

2、燃料阀的类型包括液压式、电液式和气动式，不同类型的燃料阀均可通过位移传感器或电位器获取开度反馈信号。无论采用何种执行机构形式，卡涩故障均表现为燃料阀的实际开度与控制系统下发的指令开度之间产生持续的、不可消除的偏差。

3、现有技术中，燃气轮机通常仅配置单套燃料阀。当燃料阀发生卡涩故障时，机组无法正常升降负荷。若故障持续发展，将导致机组运行失稳，严重时触发跳机保护，造成停机损失。传统的燃料阀故障识别方式多依赖人工巡检或简单的阈值判断。人工巡检方式受限于巡检周期，无法实现故障的实时发现。简单阈值判断方式采用固定的偏差阈值，未考虑不同工况下控制精度的差异，在低负荷工况下容易产生误判，在中高负荷工况下又可能出现漏判。此外，传统方式仅能实现故障的识别报警，缺乏故障发生后保障机组继续安全运行的有效处理手段。

4、因此，如何设计一种能够实时识别燃料阀卡涩故障、自适应不同运行工况、同时在故障发生后能够保障机组平稳运行避免跳机的技术方案，是当前燃气轮机发电领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种燃气轮机燃料阀卡涩故障识别及处理方法。

2、为实现上述目的，本发明提供一种燃气轮机燃料阀卡涩故障识别及处理方法，包括：

3、构建故障诊断模型，所述故障诊断模型根据所述燃气轮机的实时运行工况参数和燃料阀控制指令输出燃料阀的理论开度值；采集所述燃料阀的实际开度，将所述实际开度与所述理论开度值比对得到偏差值，当所述偏差值持续超出根据当前运行负荷确定的动态偏差阈值且持续时长超过预设时长阈值时触发故障预警信号，并核查所述燃料阀的辅助信号，若所述辅助信号显示所述燃料阀无动作响应则判定所述燃料阀存在卡涩故障；

4、判定所述卡涩故障后触发备用燃料阀的冗余切换程序，使所述备用燃料阀进入待调节状态；以及

5、根据机组负荷调整指令执行差异化负荷控制：在升负荷场景下，根据目标负荷需求计算所述备用燃料阀的开度增量并采用闭环控制算法动态修正所述备用燃料阀的开度以实现负荷平稳提升；在降负荷场景下，先将所述备用燃料阀的开度调节至与所述燃料阀的卡涩开度匹配，再切断所述燃料阀的燃料供给并同步触发降负荷指令，待机组运行参数稳定后由所述备用燃料阀接管全部燃料调节任务。

6、进一步地，所述故障诊断模型基于深度学习算法构建，采集燃气轮机全工况下的历史运行数据对所述故障诊断模型训练，所述实时运行工况参数包括当前负荷、进气温度、燃料组分、燃料压力，所述故障诊断模型的输入还包括上一时刻开度，所述理论开度值的表达式为：

7、；

8、其中，表示当前时刻的所述燃料阀控制指令，表示所述故障诊断模型的映射函数；所述历史运行数据涵盖不同负荷等级、不同进气温度和不同燃料组分各工况条件下对应的所述燃料阀控制指令与所述燃料阀的实际开度。

9、进一步地，所述偏差值的计算方式为：

10、；

11、其中，表示时刻所述燃料阀的所述实际开度，表示时刻所述故障诊断模型输出的所述理论开度值；

12、所述动态偏差阈值根据所述当前运行负荷分区设定：

13、；

14、其中，表示所述当前运行负荷，表示预设的负荷分界值，表示低负荷区间的偏差阈值，表示中高负荷区间的偏差阈值。

15、进一步地，所述辅助信号包括所述燃料阀的供油压力、阀杆位移反馈和执行机构温度中的至少两项；所述辅助信号显示所述燃料阀无动作响应的判定方式为：所述供油压力处于预设压力范围内、所述阀杆位移反馈的变化率小于预设变化率阈值、所述执行机构温度处于预设温度范围内，当满足上述条件中的预设项数时，最终判定所述燃料阀存在所述卡涩故障。

16、进一步地，所述备用燃料阀与所述燃料阀型号规格一致，所述备用燃料阀配置有独立的驱动模块、独立的燃料供给支路和独立的控制回路；在所述冗余切换程序触发后，对所述备用燃料阀的初始状态执行校验，所述校验包括通信状态检测、电源状态检测、驱动源压力检测和阀位反馈检测，若所述校验结果均正常则所述备用燃料阀进入所述待调节状态，若所述校验结果存在异常则发出故障报警。

17、进一步地，在所述升负荷场景下，所述备用燃料阀的开度增量的计算方式为：

18、根据所述目标负荷需求确定目标总燃料流量，扣除所述燃料阀在所述卡涩开度下对应的固定燃料流量，得到所述备用燃料阀的目标燃料流量：

19、；

20、根据所述目标燃料流量、当前燃料压力和燃料温度换算得到所述备用燃料阀的目标开度：

21、；

22、其中，表示燃料流量到阀门开度的反函数映射。

23、进一步地，在所述升负荷场景下，所述闭环控制算法实时采集机组的实际负荷、燃料总管压力、燃料流量、燃烧压力脉动和透平出口温度作为反馈信号，按照预设修正周期动态修正所述备用燃料阀的开度调节指令，当所述机组的实际负荷达到所述目标负荷需求时停止调节；当所述透平出口温度或所述燃烧压力脉动超出各自对应的预设限幅范围时，所述闭环控制算法执行开度限幅操作。

24、进一步地，在所述降负荷场景下，先将所述备用燃料阀的开度调节至与所述燃料阀的卡涩开度匹配的判定条件为：

25、；

26、；

27、其中，表示所述备用燃料阀的当前开度，表示所述燃料阀的所述卡涩开度，表示预设的开度匹配容差，表示当前机组负荷，表示匹配过程中的负荷参考值，表示预设的负荷匹配容差；当上述两个条件同时满足且持续达到预设稳定保持时长后，判定匹配完成并允许执行所述燃料阀的燃料供给切断。

28、进一步地，切断所述燃料阀的燃料供给并同步触发所述降负荷指令之后，实时监测机组的转速偏差、振动幅值、燃烧压力脉动和排气温度，当所述转速偏差、所述振动幅值、所述燃烧压力脉动和所述排气温度均处于各自对应的预设允许范围内且持续达到预设观察时长后，由所述备用燃料阀接管所述全部燃料调节任务；当上述参数中任一项超出对应的所述预设允许范围时，执行安全降载保护或停机保护。

29、进一步地，所述备用燃料阀接管所述全部燃料调节任务后，控制系统记录所述卡涩故障的故障信息，所述故障信息包括故障发生时间、故障发生时的运行工况参数、所述偏差值的变化过程和切换处理过程；并且所述故障诊断模型根据新增的运行数据执行在线更新，所述在线更新的方式为将所述新增的运行数据加入训练数据集后采用增量学习更新所述故障诊断模型的参数。

30、本发明的有益效果如下：

31、本发明通过构建故障诊断模型预测燃料阀在当前工况下的理论开度，并将其与实际开度进行实时比对，同时引入根据运行负荷动态调整的偏差阈值和持续时长条件，能够有效过滤瞬时干扰导致的误判，适配不同工况下的控制精度差异，从而实现燃料阀卡涩故障的自适应实时识别。

32、本发明通过配置与主燃料阀完全冗余的备用燃料阀，并在主燃料阀卡涩后根据升负荷和降负荷两种场景执行差异化控制策略，在升负荷时采用渐进式开度调节配合闭环反馈修正以避免燃料流量骤变，在降负荷时采用先匹配再切断后降负荷的分步控制逻辑以避免燃料供给中断导致的负荷骤降，有效保障了机组运行参数的平稳过渡，从根本上避免了因燃料阀卡涩导致的机组跳机风险。