Dane diagnostyczne

Pochodzenie danych:



Dane z magistrali systemowej

o dostępne w czasie rzeczywistym (nowa wartośd zwykle co 1 sekundę (mimo to nie są to

pomiary jednoczesne)

o praktycznie bez żadnej obróbki statystycznej (zwykle odfiltrowane)



Dane z stacji archiwizującej (stosowane różne algorytmy archiwizowania)

o średnie w przedziałach czasu (zwykle nie mniejszych niż 1 min; np. zapotrzebowanie mocy w

systemie co 15 min)

o chwilowe co pewien okres z dead band’em (zwykle nie częściej niż 1 min)

Dane pomiarowe (w energetyce):

•

czas próbkowania co jedną minutę

•

bardzo liczny zbiór – 8760 godzin x 60 min > 0,5 mln

•

z wyrywkowo wybranych okresów pracy instalacji

•

nie jest znana ich jakośd

•

pomiary najczęściej dla bieżącego nadzoru i sterowania ruchem instalacji

Za archiwizację danych odpowiedzialny jest specjalnie do tego celu przeznaczony system, obsługujący tzw.

bazę czasu rzeczywistego. ( Real Time Date Base RTDB) .

Ze względu na ograniczoną powierzchnię dyskową nie ma obecnie technicznych możliwości

archiwizacji wszystkich danych z dostateczną częstotliwością . Dane zapisane są według specjalnych
algorytmów , pozwalających ograniczyd objętośd zbiorów.

Częstotliwośd pobierania przez system danych o obiekcie jest znacznie mniejsza i wynosi dla

rozpatrywanych przykładów 1 minutę.

System porównuje każdą wartośd pobraną z systemu z wartością ostatnio archiwizowaną. Jeżeli

różnica wartości otrzymanej z systemu i wartości ostatnio zapisanej do bazy danych mieści się w przyjętym
zakresie tzw. dead bend to przyjmuje się że zmiana wartości nie nastąpiła i nie dokonuje się zapisu da bazy
danych.

W efekcie system zapisuje wartości w nieokreślonych odstępach czasu.

Dostęp do danych:

•

liniowa interpolacja (możemy poznad wartośd danego parametru w pewnej chwili, która nie była
momentem pomiarowym poprzez szacowanie wartości wykorzystując dane historyczne)

•

wartości wolnozmienne

•

wartości szybkozmienne

Turbiny:
Podstawowe równania fizyczne opisujące ich pracę:

a) Równanie bilansu masy
b) Równanie przelotności grupy stopni turbinowych

Pojawia się pytanie: czy wielkości mierzone bezpośrednio tj. ciśnienie i temperatura , od których zależą wyniki
wielkości wyznaczanych pośrednio, tj. strumienie masy są obarczone błędem?

Metoda eliminacji pomiarów błędnych – algorytmy filtrowania

a. filtr na wartośd residuum
b. filtr na gradient
c. filtr na równanie przelotności grupy stopni turbinowych

Najlepiej pokrywają się ze sobą filtr na gradient i filtr na równanie przelotności

Kotły

Metody:

1) Pośrednie (mało czuła na błedy w określaniu strat)





o

u

pal

W

m

o

WP

pp

pp

wz

o

po

o

h

h

m

h

h

m

)

(











Trzeba uwzględnid:



wtryski wody



ciepło odmulin i odsolin



ciepło dostarczone z powietrzem (przed podgrzewaczem)



strumienia paliwa i wartości opałowej (off-line)

2) Bezpośrednie

pow

pal

strata

pow

pal

strata

pow

pal

Q

Q

S

Q

Q

S

Q

Q



















1



Trzeba uwzględnid straty:



wylotowa (potrzebna iteracja lub policzenie ciepła wykorzystanego)



niepełnego spalania (C w żużlu i popiele)



niezupełnego spalania (CO w spalinach)



ciepło w żużlu i popiele



strata promieniowania



straty różne

Ocena sprawności

)

),

(

(

pracy

parametry

obciazenie

moc

f





Parametry pracy(dla turbozespołu):



ciśnienie pary świeżej,



temperatura pary świeżej,



temperatura pary przegrzanej,



strumieo wody chłodzącej



temperatura wody chłodzącej

Aby porównywad sprawnośd trzeba ja zredukowad do znamionowych wartości parametrów przy użyciu
krzywych poprawkowych (wyznaczane są one z poniższej zależności)

...

)

)(

(

)

)(

(

)

(





















o

o

o

o

o

o

o

o

o

T

T

T

q

p

p

p

q

P

q

q

Rozkłady obciążeo na bloki (algorytmy)

min

2

1

max

2

1

2

2

2

1

1

1

,

min

)

(

)

(

el

el

el

el

el

el

el

el

el

el

el

P

P

P

P

P

P

P

P

q

P

P

q

P













Dla jednakowych bloków (tj. q

1

=q

2

) optymalnym podziałem jest P

el1

=P

el2

Obecnie: Każdy blok elektrowni ma oddzielnego operatora.
Dawniej (ale zaleca się powrót do tej metody): Jeden operator za pomocą regulatora grupowego steruje
wszystkimi blokami elektrowni.

Parametry pracy (TKE)

TKE – techniczno-ekonomiczna kontrola eksploatacji (kontrola jednostkowego zużycia ciepła lub
jednostkowego kosztu zmiennego).
Funkcja

,...)

,

,

,

,

(

wch

p

o

o

T

T

T

p

P

f

q



porównywana jest, z uwzględnieniem krzywych poprawkowych

)

(

o

P

q

q



,

do określonej przez producenta charakterystycznej wartości (dla potrzeba odbioru gwarancyjnego)

Wady TKE:

1. Charakterystyka nie uwzględnia aktualnego stanu bloku.
2. Krzywe poprawkowe są sporządzone dla „fabrycznego” bloku a ponadto są sporządzone przy

założeniu, że:

a. parametry pracy są od siebie niezależne,
b. maja liniowy wpływ na wartośd jednostkowego zużycia,

3. Krzywe są sporządzane dla potrzeb odbioru gwarancyjnego, zatem z założenia dla niewielkich

odchyleo parametrów od wartości znamionowych, co czyni powyższe założenia zasadnymi.

Pytania które zadaje sobie kontroler eksploatacji korzystający z metody TKE:



Jakie są aktualnie osiągalne parametry bloku ?



Jakie straty eksploatacji są najistotniejsze i które z nich można rzeczywiście poprawid?

Odpowiedz: analiza statystyczna + aproksymacji lub Principal Component Analysis – analiza składowych
głównych (nowe narzędzie)

Diagnostyka urządzeń

Zarys historyczny:

1. Lata 50-te rozwój zabiegów wokół wzrostu sprawności przez zastosowanie podwójnego przegrzewu

pary

2. Nowe materiały opanowanie parametrów nadkrytycznych pary
3. Poszukiwanie wysokosprawnej struktury energetycznej
4. Wolny rynek energetyczny – prąd elektryczny i ciepło
5. Lata 70-te nowe metody do wczesnego wykrywania degradacji i zagrożenia awaryjnego. Rozwój

informatyki.

Nakreślenie potrzeb:

1. Modernizacji starych urządzeo
2. Nowe inwestycje
3. Utrzymanie w nienagannym stanie i wzrost dyspozycyjności urządzeo
4. Wdrażanie nowych koncepcji konstrukcyjnych

Przez MONITORING rozumie się: zbieranie danych, przetwarzanie ich i selekcję według wybranych kryteriów,
archiwizowanie, wizualizacja w postaci wydruków, wykresów, tabel, porównanie wielkości mierzonych z
wartościami granicznymi

Przez DIAGNOSTYKĘ rozumie się analizę pozyskanych danych polegającą na:



Obliczeniu stanów referencyjnych obiektu



Obliczeniu różnicy między wielkościami referencyjnymi a wielkościami zmierzonymi (symptomy
degradacji maszyn i urządzeo)



Określeniu przyczyn degradacji

Formy diagnostyki:

a) Cieplno przepływowa diagnostyka pierwszej generacja – najprostsza forma diagnostyki –

uruchomienie alarmów po przekroczeniu wartości granicznych dla parametrów

a. Zastosowanie:

i. Turbiny

ii. kondensatory (skraplacze)

iii. wymienniki regeneracyjne
iv. kotły

v. peryferyjne maszyny i urządzenia kotłowe tj. młyny, wentylatory, urządzenia

oczyszczania spalin

vi. ciągi (trakty) spalinowe

vii. pompy kondensatu i wody zasilającej

b. Modele:

i. Entalpowy – bazuje na bilansach strumieni mas i energii (ustalony model bilansu

cieplno-przepływowego bloku). W tym modelu miarą jakości obiegu jest sprawnośd i
jednostkowe zużycie paliwa. Miarą jakości poszczególnych elementów instalacji
mogą byd ich sprawności lub inne charakterystyki. Miarą degradacji obiektu i jego
elementów jest różnica między wartościami aktualnymi i wartościami referencyjnymi
(odniesienia) dla nowych maszyn i urządzeo lub po kapitalnym remoncie.

ii. Entropowy – bazuje na bilansie strumieni mas, energii i entropii. Model ten

uzupełnia model entalpowy, ponieważ wskazuje miejsca w instalacji, w których
występują największe straty energii. Do określenia największych strat energii w

układzie tworzone są również modele egzergetyczne. W tych modelach straty
egzergii dostarczają informacji o elementach instalacji, które generują największe
straty energetyczne i które procesy fizyczne są za to odpowiedzialne.

b) Diagnostyka drugiej generacji – na podstawie doświadczenia i bazy wiedzy inżynierskiej
c) Diagnostyka trzeciej generacji – na podstawie systemu ekspertowego (program komputerowy, który

poprzez reguły oparte na bazie wiedzy wyciąga wnioski i oferuje rozwiązania problemów) – rozwój
informatyki

Modele diagnostyczne można podzielid na:

a) Statyczne (ustalone)
b) Dynamiczne (nieustalone)

Należy zaznaczyd, że warunki pracy każdej maszyny czy urządzenia są zawsze nieustalone. Niemożnośd
osiągnięcia pełnego stanu ustalonego w maszynie czy urządzeniu wynika z ciągłej zmiany parametrów
wejściowych. O ile wahania parametrów nie przekraczają pewnych umownych wartości, to proces taki jest
uznawany jako ustalony. W przeciwnym razie mamy do czynienia z procesem dynamicznym (nieustalonym).
W diagnostyce bloków energetycznych modele ustalone znalazły większe zastosowanie, ponieważ mają
prostszą postad oraz ze względu na troskę o jakośd określania aktualnego stanu obiektu.

Modele zero wymiarowe (0D) i jednowymiarowe (1D) używamy do diagnostyki bieżącej (on-line) ze

względu na krótki czas obliczeo.

Modele trój- i dwu- wymiarowe (3D i 2D) używamy w diagnostyce off-line ze względu na

niezadowalający czas obliczeo oraz ograniczenie dostępności do szczegółowych danych konstrukcyjnych
wymaganych do stworzenia modelu (np. profile łopatek).

Zmiany (pogorszenie osiągów maszycnyh mogą nastąpid w sposób:

a) Nagły

a. Przyczyna: najczęściej awarie
b. Skokowa zmiana osiągów
c. Łatwe do zauważenia

b) Powolny

a. Przyczyna: procesy zmęczeniowe
b. Ciężkie do zauważenia
c. Potrzeba użycia specjalnych modeli i metod diagnostycznych

Przykłady:

a) Turbina:

a. Degradacja uszczelnieo między łopatkowych (dławic)
b. zmiana geometrii układu łopatkowego
c. korozja łopatek
d. odkładanie się osadu na powierzchni łopatek

b) Wymiennik Ciepła

a. Osadzanie się zanieczyszczeo
b. Degradacja uszczelnieo

Ogólna koncepcja miar degradacji – zmiana charakterystyki cieplno-przepływowej:

1) Wyznaczamy i aproksymujemy charakterystykę bazową
2) Wyznaczamy i aproksymujemy charakterystykę bieżącą i porównujemy z bazową

Schemat postępowania w poszukiwaniu miary diagnostycznej:

a) Propozycja miary

b) Sprawdzenie poprawności proponowanej miary przy użyciu symulatora
c) Sprawdzenie przydatności proponowanej miary dla rzeczywistego obiektu

Przykłady:

a) Turbina: charakterystyka mocy turbiny lub równanie przelotności
b) Wymiennik Ciepła: przyrost oporu cieplnego, efektywności cieplna wymiennika, spiętrzenie

temperatury lub zmiana wielkości przekazywanego strumienia ciepła

Optymalizacja:
obiekt optymalizacji – zakłady będące podmiotami gospodarczymi które w ogólnym przypadku sprzedają na
zewnątrz energię elektryczną i ciepło (jako parę lub wodę – różne ciśnienia i temperatury).

Kryterium optymalizacji (maksymalizacja wyniku operacyjnego brutto):











max

i

j

K

S

Z

Gdzie:

a)

j

S



- roczne przychody uzyskane ze sprzedaży

b)



i

K

- roczne koszty produkcji

Podział na zadania optymalizacyjne:

a) Optymalizacja kotłowni
b) Optymalizacja maszynowni

Przy zadanej ilości pary produkowanej w kotłach. Wyjątek: jeśli spalane są dwa lub więcej różne paliwa to
kryterium powinno byd minimalizacja łącznego kosztu pozyskania (zakup i dostana paliwa)

Funkcja celu – maksimum ma byd osiągnięte z uwzględnieniem dopuszczalnych wartości parametru procesu,
innymi słowy: ograniczenie zmiennych.

Optymalizacja zadao cząstkowych dających w sumie całośd zadania NIE DAJE w efekcie wyniku optymalnego
dla całości. W takim przypadku należy posłużyd się dekompozycja zadania optymalizacyjnego, tj.
wprowadzenie kryteriów lokalnych które będą zgodne z kryteriami globalnymi.

Przykład:

a) Rozkład obciążenia zespołu pomp zasilających – chodzi nam o jak najmniejsze zucycie energii na napęd

pomp przy jak największej ilości przepompowanej wody.

b) Generacja pary w kotłowni – chodzi nam o jak najmniejsze zudyie paliwa przy uzyskaniu jak

najlepszych parametrów paru i jak największej jej ilości.