真空除氧器性能与故障诊断说明 

      真空除氧器是核电站二回路除氧给水系统的关键设备,对其控制性能进行实时评估和故障诊断对于及时发现并处理系统中存在的问题,保证核电站运行安全具有重大意义。提出以小方差为性能评估基准,利用改进的FCOR算法分别计算扰动特性改变与被控对象特性改变两种情况下的性能指标,根据这两个指标的变化顺序进行故障诊断的方法。利用该方法对秦山三期核电站真空除氧器系统的运行数据进行分析,确定了真空除氧器自身的特性改变是引起凝结水流量异常的原因。
      系统设备老化,生产过程变化等将导致控制器与被控对象间的不匹配,从而使控制系统性能下降,执行机构损耗加剧,产品质量下降,甚至危及系统运行安全。因此,对控制系统性能进行实时评估与故障诊断有利于人们时发现、定位系统中存在的问题,排除故障,保证生产运行的安全、可靠。真空除氧器是核电站的重要设备,其运行情况直接影响核电站安全。针对秦山三期核电站真空除氧器系统在运行过程中出现的不明异常波动,以小方差为性能基准,通过对计算性能指标的FCOR法的改进,利用实测数据对其进行了控制性能的评估,分析了引起真空除氧器系统性能下降的原因。检测表明分析结果与实际情况相符,说明提出方法的可行性和正确性。
控制性能评估
      性能评估理论与方法先由了各种基于时域或频域的性能基准及算法,其中绝大部分建立在系统模型已知的基础上。由于工业系统的复杂性,模型辨识难度大,周期长,精度难以保证,不利于工业应用。基于小方差的性能评估方法只需要知道系统的时滞结构,就可由过程数据得到性能指标,避免了繁琐的系统模型辨识过程,易于实现实时评估。因此,采用小方差作为性能基准。
小方差的原理
      先提出了小方差的概念,其可通过对系统测量数据的时序分析得到,并与反馈控制无关。其推导过程如下:
      一个典型的单输入单输出定值系统如图1所示。其中,Q是控制器传递函数,d为被控对象纯滞后,为被控对象无纯滞后的传递函数,at为均值为0的白噪声扰动序列,N为扰动传递函数。
      3FCOR法的改进与故障诊断
从工艺过程来看,引起控制性能变化的原因主要可归为两
类:被控对象特性的变化，扰动特性的变化。如果能够找到一-种
方法判别性能指标变化的原因。就可以初步诊断故障.缩小检
查范围。为此,对FOOR方法进行了改进,提出如下两种性
能评估方法。

      方法一：根据给定系统的标准白化模型计算系统性能指杯
选择一组正常运行的数据y.通过图2所示流程计算得到
一个给定系统的标准白化模型。在进行实时性能评估时,用这
个固定的模型白化出对应的a.则a序列不再保证为白噪声,a
的变化反映了扰动特性的变化。若性能指标n突然下降.可认
为是由十扰动特性的改变引起的。

      方法二:根据实时更新的白化模型计算系统性能指标n。
在每次计算性能指标时都对a序列进行自相关检验.通过
改变白化模型得到符合白噪声条件的a序列。由于a序列代
表了扰动的特性,利用这种方法对控制器性能进行实时评估,a
始终为均值为0的白噪声.相当于扰动特性不变。若性能指标
:突然下降.可认为是由于系统特性的改变引起的
由于性能指标是由实测的输人数据计算得到的输出的异
常波动终会使由上述两种方法得到的性能指标都下降，但发
生性能下降的时间不同。
      因此，根据异常波功前后两种性能指
标下降的先后顺序.就可判断异常波动的原因:的变化超前
于n。说明扰动特性变化导致了控制性能下降;变化超
前于机,说明被控对象特性变化导致了控制性能下降;同时变化.不能判断导致系统异常的原因,需要进一步的分析。

真空除氧器系统的性能评估与故障诊断

      真空除氧器控制系统原理如图3所示，它是一个典型的申级不
统,其内环控制器的输出为凝结水流量,数据的采样周期为20，
阀门]无时滞,由零阶保持器引起的时滞为1。
电站1号机组3号真空除氧器凝结水信号LCV4207在1号机
组到达满功率后不久即多次出现报警，具体表现为凝结水流量
在几十秒的时间内,由原来的600kgp/s快速上升至790kg/s,然后
恢复至正常稳定值。真空除氧器液位有约15mm的波动，造成这种异
常的原因不明，
为进行故障诊断，我们利用"天的实测数据对其内环控制
器进行了性能评估,在每个采样时刻分别计算由标准白化模型
得到的性能指标n,和由实时更新的白化模型得到的性能指标
几:.其中标准白化模型由真空除氧器正常运行时的数据得到。在凝
结水流量发生异常波动前后,n和7:的变化趋势如图4所示。
山图4可以看出，当凝结水流量发生异常波动(约16:16:
40)时，n与n:都出现了突然的下降。事实上,在凝结水流量发
生异常波动前10分钟.n与7都出现了缓慢的下降.其中物出
现的时间更早。下降更为明显。进一步地，n发生明显变化的时
间比η早一个采样周期。
      因此，说明控制性能的下降是由于除氧
器系统本身特性的变化引起的.面非外部扰动引起。
电站仅控人员对控制软件，给水变送器及信号回路进行了
检查并排除了它们发生问题的可能性，怀疑是阀门的特性发
生了改变。采用高阶统计量的分析方法对凝结水泵出口压力
及凝结水流量进行丁交义分析，结果表明在凝结水流量异常
发生异常前后。阀门特性出现了明显的非线性,进-步证实了
异常波动是由于真空除氧器系统自身特性变化引起的分析结果,说明用改进的FCOR方法进行系统性能评估及故障诊断的有效性和可行性。
      被控对象特性改变与扰动特性改变是导致控制系统性能下降的主要原因。通过分析工艺过程的特点,提出改进的FCOR法,在对系统进行实时性能评估的同时,判别造成系统性能下降的原因。该方法应用于核电站真空除氧器凝结水流量异常原因的诊断,取得了良好的效果,为工程师排查故障原因指明了方向,提高了排查的针对性。该方法还可用于类似系统的性能评估与故障诊断,具有广阔的应用前景。
      创新点:针对核电站真空除氧器系统对安全要求高,现场故障诊断难度大、效率低的特点,提出以小方差为基准,利用实际运行数据对系统进行实时性能评估,并通过改进FCOR算法,分别得到被控对象特性改变与扰动特性改变两种情况下的性能指标,利用两个指标的实时变化进行故障诊断,缩小了现场工程师排查故障的范围,有利于保障核电站运行安全。