一种基于三维温度场重构的火电厂空冷岛防冻预警方法与流程

本发明涉及一种基于三维温度场重构的火电厂空冷岛防冻预警方法，属于火电厂运行监控。

背景技术：

1、空冷岛作为火力发电厂的核心散热设备，其运行状态直接影响机组的安全与效率。在冬季极寒天气下，由于空冷岛管束分布面积广且受环境风影响巨大，管束内部极易出现冷却介质过冷从而导致管束冻裂。因此，建立一套科学、高效的防冻预警机制是保障北方地区火电机组冬期稳定运行的关键。

2、目前，在现有技术中，空冷岛的防冻监测主要依赖于在管束的关键位置布置有限数量的点式热电偶传感器。通过采集这些特定测点的实时温度数据，并将其与预设的防冻阈值进行对比，当测点温度低于安全标准时，系统会发出报警信号以提醒运行人员采取调整风机转速或改变机组背压等保护措施。部分电厂也尝试采用红外热成像技术对空冷岛表面进行周期性巡检，以获取管束表面的温度分布图像。

3、然而，上述现有技术存在以下缺陷：由于空冷岛物理尺寸巨大且内部流场分布极不均匀，传统的点式传感器仅能代表极小范围的局部温度，难以覆盖空冷岛复杂的空间结构，导致监测存在大量的盲区，无法准确捕捉到非测点区域的局部过冷点。同时，现有的监测手段多基于静态的实时温度反馈，缺乏对空冷岛内部传热机理与环境动态变化的深层耦合建模，导致预警信息缺乏前瞻性，难以在结冰风险发生前准确预判受冻区域的具体空间位置及演化趋势。进一步地，现有防冻保护措施多为人工触发或单一阈值触发，缺乏与预警信息联动的自动化闭环处置机制，响应滞后且控制精度不足。这些缺陷导致空冷岛防冻保护存在感知偏差大、预警滞后、处置不及时等问题，严重时仍会发生大面积结冰事故。

4、因此，本技术旨在解决空冷岛空间测温存在盲区且感知精度不足的问题，同时还解决现有监测方式缺乏物理机理支撑导致预警信息时空前瞻性差的问题，并且进一步解决防冻保护措施与预警信息脱节、缺乏自动化闭环控制的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于三维温度场重构的火电厂空冷岛防冻预警方法，通过多源测温数据融合、三维温度场重构、机理模型耦合驱动、结冰风险时空演化预测以及预警与保护措施自动联动的闭环技术体系，实现对空冷岛结冰风险的前瞻性精准预警和定向自动化防护。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种基于三维温度场重构的火电厂空冷岛防冻预警方法，包括以下步骤：

3、s1：获取部署于空冷岛管束及进风区域的测温装置采集的温度测点数据；

4、s2：根据所述温度测点数据，构建对应空冷岛物理空间的三维空间温度场；

5、s3：将所述三维空间温度场与预先建立的空冷岛热力模型进行耦合计算，获得各空间节点的结冰风险与演化趋势；

6、s4：根据耦合计算得到的所述结冰风险与未来结冰趋势，识别出三维空间内的低温结冰区域；

7、s5：基于识别出的所述低温结冰区域，生成带有结冰区域空间定位信息的防冻预警信息；

8、s6：根据所述防冻预警信息，自动触发防冻保护措施，所述防冻保护措施包括调整轴流风机转速、改变风机转向、启动管束伴热装置及调整机组背压设定值中的至少一种。

9、前述的所述预警方法，所述步骤s1中，所述测温装置包括分布式光纤测温传感器、红外热成像仪及多个点式热电偶，用于实现对管束表面温度、进风温度及环境温度的多类型数据采集。

10、前述的所述预警方法，所述步骤s2具体包括：

11、s21：对获取的多点实时温度数据进行清洗与插值处理，清洗坏点并补全盲区数据；

12、s22：基于空冷岛的管束排列结构与几何尺寸，建立与物理空间一一对应的三维坐标系；

13、s23：采用空间插值算法将离散点的温度数据映射至整个三维坐标系中，生成连续分布且可定位至具体管束单元的三维温度矩阵。

14、前述的所述预警方法，所述步骤s23中的空间插值算法为克里金插值法或径向基函数插值法，并结合空冷岛管束的排列结构与换热单元分布进行加权修正；

15、其中，所述三维空间温度场的构建还融合了机组排汽温度、风机电流、环境风速风向中的至少一种运行参数数据，通过贝叶斯估计方法对温度数据进行修正。

16、前述的所述预警方法，所述加权修正采用如下公式：

17、

18、其中，t(x,y,z)为原始空间插值得到的温度值，t′(x,y,z)为经换热权重修正后的温度值，ω(x,y,z)为管束换热权重系数，由以下公式计算：

19、

20、其中h(x,y,z)为空间节点(x,y,z)处的局部换热系数，h⁻为空冷岛整体平均换热系数。

21、前述的所述预警方法，所述步骤s3中的空冷岛热力模型是基于计算流体力学和传热学预先建立的机理模型，所述机理模型内嵌了空冷岛的三维结构参数、环境气象参数及机组运行参数之间的非线性映射关系。

22、前述的所述预警方法，所述步骤s3中的耦合计算具体包括：

23、s31：将重构的三维空间温度场作为初始边界，输入至空冷岛热力模型进行迭代求解；

24、s32：利用所述空冷岛热力模型对空冷岛的散热及传热过程进行数值仿真，获取各空间节点的热负荷偏差与气流流速分布；

25、s33：将热负荷偏差超过预置阈值的节点标记为散热高风险节点，将流速低于气流停滞阈值的节点标记为气流滞止节点；

26、s34：根据所述散热高风险节点、气流滞止节点及其温度变化率，通过热力模型推演各节点达到冰点温度的预计时间，生成包含风险概率与时序演变特征的结冰风险分布与未来结冰趋势。

27、前述的所述预警方法，所述步骤s34中，根据以下公式计算各空间节点的结冰风险概率：

28、

29、其中，δq为热负荷偏差，δqmax为最大允许热负荷偏差，v为空间节点处的气流流速，v0为气流停滞阈值，dt/dt为温度变化率，(dt/dt)max为最大温度变化率阈值，α、β、γ为权重系数，满足α+β+γ=1。

30、前述的所述预警方法，所述步骤s4具体为：将耦合计算后结冰风险超过预置风险阈值且预计结冰时间在预警时间窗内的空间连续节点，判定为低温结冰区域。

31、前述的所述预警方法，所述步骤s5中的结冰区域空间定位信息以三维可视化形式展示，并可视化标注具体的结冰管束编号、三维坐标位置及对应的实时温度与预测温度数据。

32、有益效果

33、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

34、本发明通过部署包括分布式光纤测温传感器、红外热成像仪及点式热电偶在内的多类型测温装置，实现对管束表面温度、进风温度及环境温度的多源数据采集，并结合克里金插值或径向基函数插值算法，辅以管束换热权重修正和基于贝叶斯估计的多运行参数融合修正，构建出与空冷岛物理空间一一对应的三维空间温度场，有效消除了传统点式测温存在的监测盲区，大幅提升了温度场重构的空间分辨率和精度。

35、本发明将重构的三维空间温度场作为初始边界条件，输入至基于计算流体力学和传热学预先建立的空冷岛热力机理模型中进行迭代耦合求解，实现了实测数据与机理模型的动态修正与闭环驱动；通过数值仿真获取各空间节点的热负荷偏差与气流流速分布，进而标记散热高风险节点和气流滞止节点，并根据温度变化率推演各节点达到冰点温度的预计时间，生成包含风险概率等级与时序演变特征的结冰风险分布图，解决了现有监测方式缺乏物理机理支撑导致预警信息时空前瞻性差的难题。

36、本发明不仅能够识别低温结冰区域并生成带有精确定位信息的三维可视化预警信息，还能够根据预警信息自动触发防冻保护措施，包括定向调整轴流风机转速、改变风机转向、启动管束伴热装置及调整机组背压设定值等，形成了从温度感知、风险预测、精准定位到自动处置的完整闭环控制链路。在有效防止管束冻裂的同时，降低了防冻措施带来的额外能耗，保障了火电机组在冬季低温环境下的高效稳定运行。