数字传输方案在发电厂锅炉炉管泄漏监测中的应用

刘俊　王政斌

摘 要：锅炉炉管泄漏监测装置基于声学检测原理，通过智能传感器采集锅炉燃烧时的声音信号，建模分析并与监测到异常后发出报警，及时提醒运行人员进行故障排除及计划停机。目前在火电机组中安装使用广泛。目前市场上普遍的产品架构及传输模式均采用模拟量信号进行。随着“工业以太网”的发展趋势要求，数字化的传输架构及处理方案逐步应市场需求而出，显现出独特的优势。本文着重论述了数字化传输及信号处理方案在实际应用中的优点及发展方向。

关键词：锅炉；炉管泄漏；泄漏监测；模拟量；数字传输；工业以太网

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.152

1 概述

隨着发电技术的发展，现代发电厂锅炉已进入大容量、高参数时代，锅炉承压管介质压力不断提高，承压管数量不断增多，锅炉炉管一旦发生泄漏将直接影响发电机组的安全、经济运行，锅炉四管早期泄漏的及时发现有利于电厂防止机组计划外停运，并减轻二次泄漏造成的破坏，缩短炉管泄漏的检修工期、减轻劳动强度。

锅炉正常运行时，燃料燃烧、烟气流动、灰粒无规则撞击金属的表面等都会在锅炉内部产生较强的噪音，如何区别正常的锅炉背景噪音和炉管泄漏所产生的噪音是能否准确反映泄漏状态的关键问题。

全数字锅炉炉管泄漏监测装置基于声学检测原理，通过耐高温全数字智能传感器采集锅炉燃烧时的声音信号，应用先进的特征提取技术，提取炉内声音的时域、频域特征，建立有效识别正常背景噪声与泄漏信号的特征向量，采用基于最近邻（NN）原则的输出观察向量计分方法进行模式识别，具有在强背景噪声下有效识别微小泄漏的高识别率。一旦捕捉泄漏信号将延时跟踪分析，信号达到阈值后将发出报警。

设备的处理核心为HZLA系列全数字智能传感器。该传感器在硬件上采用成熟稳定的高性能ARM芯片，软件上采用模块化分层设计和DSP 技术，具有功能强大、稳定好、性价比高等特点。

全数字化传感器即可以自成系统实现单点的实时检测，也可以多点联网（工业以太网）监测，实现全炉全方位的实时监测与漏点定位报警。

2 装置结构及原理

系统框架如图1所示（传感器与设备间采用网线即数字信号传输）。

装置是基于声学检测原理，通过改进型波导管、声发射原理传感器、基于嵌入式系统、工业以太网通讯技术的全数字智能传感器形成网络结构，实时监测电厂锅炉燃烧时的背景噪音，由智能传感器完成对背景噪音信号的实时数据采集，经过泄漏判断模型的处理，处理结果超过阀值持续6分钟，传感器输出异常状态，连续持续12分钟后传感器输出泄漏状态，传感器用数字通讯信号的方式高速传输到上位机，上位机有效的管理各测点状态，实现电厂锅炉炉管泄漏的预警、报警与漏点的定位。

3 性能指标对比

3.1 一代产品技术特点（目前市面多数为一代产品）

（1）结构：信号调理->上位机

（2）传感器与上位机之间用模拟信号传输，经常出现因干扰失真而导致误报的情况发生；

（3）所有测点依赖于上位机进行数据分析处理，一旦上位机瘫痪，系统全部失灵。

3.2 二代产品技术（数字化）特点（市面少数为二代产品）

（1）结构：信号调理->信号采样->上位机

（2）通讯数据量非常大，所以对在锅炉本体周围的复杂环境下通讯的稳定性有极高的要求；

（3）所有测点依赖于上位机进行数据分析处理，一旦上位机瘫痪，系统全部失灵。

3.3 最新数字化技术特点

（1）结构：信号调理->信号采样->信号分析->处理结果->上位机

（2）HZLA系列全数字智能传感器采用最新的嵌入式计算机硬件在传感器内部直接进行声音信号的量化分析处理出结果上传到上位机。全程数字信号的传输，避免了模拟信号传输不可避免的干扰失真问题；仅仅传输处理的结果所以通讯的数据量非常的少，一旦出错，及时重传，系统对通讯的环境不需要有高的要求。

（3）各测点可以独立作，减少了对上位机的依赖，体现了分布式计算、处理的理念，极大的提高了各测点工作的可靠性。

产品方案技术特点对比参照表1：技术方案对比。

4 经济性分析

设备的投入及运行，可有效防止机组计划外停运，有利于电网负荷调度；防止或减轻二次泄漏造成的破坏；避免传统检漏方法造成的误听、误报现象而且从根本上避免运行人员现场巡视可能造成的意外事故；设备还可监视吹灰器运行工况，防止吹灰器故障损坏受热面管道。数字化方案的投入，更有效提高了设备运行性能，增强了设备可维护性。

参考文献：

[1]刘岚等.基于ARM的嵌入式系统开发[M].电子工业出版社 ，2008.

[2]张磊等著.电站锅炉四管泄漏分析与治理[M].中国水利水电出版社，2009.

[3]张文鹏.电站锅炉四管泄漏防治手册[M].中国电力出版社，2015.

作者简介：刘俊（1980-），男，江苏南京人，本科，技术工程师，主要研究方向：弱电控制。endprint