[发明专利]一种采用排气温度分散度监测保护燃气轮机燃烧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机服役后防止其在运行过程中燃烧不稳定的保护方法，尤其涉及透平排气分散度的设计和防止燃烧不稳定的信号处理方法，属于燃气轮机燃烧稳定性实时监测技术领域。

背景技术

随着现代燃气轮机技术的发展和效率提高的需求，重型燃气轮机的透平前温度越来越高，以GE公司的重型燃气轮机为例，目前E/F级重型燃气轮机的透平前温度就高达1300°C，下一代G/H级重型燃气轮机的透平前温度更是高达1450°C。在如此高的温度下，重型燃气轮机热端部件如燃烧室或过渡段等部件长期运行也难免出现一些破裂和损坏等故障。而过高的温度环境也使得几乎没有工业传感器可以长期可靠的工作。对这些高温部件缺乏直接测量的情况下，监测这些高温部件的健康状态成了燃气轮机设计过程中一个不得不考虑的问题。

目前工业上较为常用的方法就是通过测量透平排气温度来间接的监测高温热端部件的健康状态。因为高温部件的一个重要特征是：当燃烧不稳定、燃烧室破裂、燃烧温度不均匀或过渡段破裂时，都会引起透平的进口流场和排气温度流畅的严重不均匀。传统的方法就是在透平排气通道中尽可能多地布置测温热电偶，然后检测这些热电偶所测温度都相同，但在实际工业中，由于干扰和噪声的存在，即使重型燃气轮机处于稳定正常运行状态下，这些热电偶所测温度也不可能绝对相同。此外，因为燃气轮机在不同的工况运行时，透平前温和排气温度都是不同的。当机组并网发电时，若所带负荷较多发电量大时，重型燃气轮机需要的燃料量多，透平前温也必然高些。相反，若机组所带负荷较少时，则透平前温低，排气温度也低。而排气温度的不同也影响到分散度的不同，但排气温度高，其相应的热电偶所测量到的偏差也大；相反，排气温度低，则这些均匀的热电偶在不同地点所测量到的排气温度的偏差值也就较少。因此如何利用排气温度构造适当的指标，准确反映高温部件状态是燃烧监控保护的难点。

而且，重型燃气轮机的排气端测温热电偶一般都在几十个，对每一个测温热电偶设置阈值并进行监测，不利于修改和维护，给用户和工程师都带来了较大的设计负担和使用不便。虽然目前的智能算法如神经网络、机器学习等已经有了很大的发展，但这些智能算法一般运算复杂，需要高性能的芯片作为载体，难以得到低成本、高效率的实时性计算。因此燃气轮机的燃烧监测保护算法需要一种简便而准确度又高的算法。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统燃气轮机燃烧监测保护方法过于复杂的问题，通过利用基于余弦定理的数据驱动方法，实现由一个利用偏差角度来表征分散度的方法，从而提高燃气轮机燃烧监测保护系统的实时性和准确度。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种燃气轮机燃烧监测保护方法，包括以下步骤：

A1）、在燃气轮机透平排气端的同一排气截面上均匀安装N个测温热电偶，测量透平的排气温度T_i，其中:N为测温热电偶的安装数目,下标i为1，2，…,N；T_i为第i个测温热电偶测量到的温度；

B1）、首先计算排气温度分散度S_总：

其中，排气温度分散度S_总用无故障状态下的设定排气温度向量T_设和实际测量排气温度向量T_测之间的夹角θ来间接表示，当夹角θ趋向于0，排气温度分散度S_总=cos(θ)趋向于1，则表示燃烧稳定性越好，T_设表示燃气轮机无故障状态下的排气温度向量,该向量的维数为1×N；T_测表示实际测量的排气温度向量，为[T₁T₂…T_N]，<T_设,T_测>表示向量T_设和向量T_测的内积，||·||²表示向量的2范数；

C1）、设置警告和警告退出机制：由于排气温度分散度S_总与夹角θ成反比，因此当前无警告状态下，如果排气温度分散度S_总输出值大于警告阈值时，则表示正常；如果排气温度分散度S_总输出值小于等于警告阈值时，则表示警告；如果警告已经发生，则排气温度分散度S_总输出值必须大于警告解除阈值才能消除警告；

D1）、设置危险跳闸逻辑：一旦检测到排气温度分散度S_总小于等于危险阈值，则发出危险信号，并启动燃气轮机停车逻辑。