بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به تشخیص عیب در توربین گاز به کمک یک سیستم گسسته پیشامد - - Discrete Event System می پردازد. توربین مورد بحث توربین 94.2 است که تعداد زیادی از این توربین ها در ایران نصب شده اند. سیستم گسسته پیشامد مورد استفاده یک اتومات زمانی است که کاربرد خوبی در سیستمهای کنترل نظارتی و تشخیص عیب دارد. در این مقاله با استفاده از زمان رخداد پیشامدها، یک سیستم عیب یاب جدید طراحی می شود.
برای استخراج اتومات زمانی نیز، با افراز فضای پیوسته خروجی، زمان رخداد پیشامدهای گسسته محاسبه و سپس مدل اتومات زمانی سیستم به دست می آید. نتایج حاصل از به کارگیری این روش برای توربین V94.2 نشان دهنده سرعت خوب در تشخیص عیوب و عدم تاثیر اختلال هایی مانند تغییرات بار مصرفی است.
.1 مقدمه
بخش عمده ای از واحدهای نیروگاهی را واحدهای گازی تشکیل می دهند. واحدهای گازی دارای راندمان بالاتری نسبت به واحدهای بخار هستند وسرعت ورود آنها به شبکه، بالاتر از واحدهای بخار است.
هم چنین جهت افزایش راندمان واحدهای حرارتی، از نیروگاههای سیکل ترکیبی استفاده می شود که در این واحدها انرژی پایه توسط واحدهای بخار تامین می شود. در ایران هم در حال حاضر تعداد زیادی از توربین های گازی مدل V94.2 با قدرت نامی حدود 150 مگاوات نصب شده ودر حال بهره برداری هستند. از این رو کنترل و مدلسازی وتشخیص عیب در این واحدها اهمیت و فایده زیادی برای صنعت برق کشور دارد.
یکی از مهمترین مسائل در توربین های گازی تشخیص به موقع و درست عیوب است. این موضوع می تواند مانع از انتشار عیب و ایجاد وقفه در کار توربین شده و از نظر اقتصادی اهمیت به سزایی دارد. در سالهای اخیر تحقیقات مختلفی با هدف کنترل و یا شبیه سازی این توربین ها، ارائه شده است.[ 3- 5] با مرور تحقیقات انجام شده در زمینه تشخیص عیب در توربین گاز مشخص می شود که قسمت عمده این کارها به کمک مدلسازی توربین های گاز انجام شده است. از مهمترین این مدل ها می توان به کارهای روئن اشاره کرد
در یک مدل ساده شده ریاضی برای توربین گازی تک محوره با توان بالا - Heavy Duty Gas Turbine - پیشنهاد شده است، که مورد استفاده بسیاری از محققان قرار گرفته و اتومات زمانی مورد استفاده در این مقاله هم براساس این مدل به دست آمده است. در سالهای اخیر نیز مطالعات دیگری جهت مدلسازی توربین های گاز انجام شده است که از جمله آنها می توان به [6] اشاره کرد.
در یک رویکرد متفاوت، در [7] از اتومات هایبرید برای مدلسازی و تشخیص عیب در توربین موتور جت استفاده شده است. این تحقیقات به همراه کارهایی مانند [8- 10] جزء معدود کارهایی هستند که از سیستم های گسسته پیشامد و یا مدل های کیفی برای مدلسازی توربین استفاده می کنند و از این رو با روش مورد استفاده در این مقاله قرابت دارند. در [8] از یک مدل کیفی توصیفی برای تشخیص عیب در موتور جت هواپیما استفاده شده و در 9]و[10 شبکه های پتری و پتری فازی برای عیب یابی در موتور جت به کار گرفته شده است.
از جمله کارهای دیگری که در زمینه تشخیص عیب در توربین های گاز انجام شده است می توان به [11] اشاره کرد که در آن سیستم به صورت خطی در نظر گرفته شده و به کمک یک رویتگر با ورودی مجهول، تشخیص عیب انجام می شود. در [12 ] نیز از یک فیلتر ذره ای برای تشخیص عیب استفاده شده است و در [13] مجموعه ای از فیلتر های کالمن غیر خطی برای تشخیص عیب سنسورها در توربین گاز به کار گرفته شده اند.
در ایران نیزتحقیقات کمی در زمینه مدلسازی توربینهای گازی مانند V94.2 انجام شده است که از جمله آنها می توان از 2]و[14 نام برد. در اکثر این تحقیقات از مدل روئن استفاده شده و پارامترهای مدل به کمک روش های شناسایی سیستم ها، برای نقاط کار مشخص استخراج شده اند. در تعداد اندکی از مقالات نیز مانند [15] موضوع تشخیص عیب مطرح شده است.
در بسیاری از کاربردها مانند تشخیص عیب یا کنترل نظارتی نیازی به دقت زیاد در مدلسازی و استفاده از مدل های پیوسته نیست16] و .[17 در این گونه موارد می توان از مدل های گسسته پیشامد استفاده نمود که به جای توجه به جزییات سیستم، وقایع - Events - اصلی سیستم را در نظر می گیرند. علیرغم تنوع و کارآیی این مدلها، کاربرد چندانی از استفاده از این مدل ها جهت تشخیص عیب توربین های گازی گزارش نشده است.
در این مقاله روشی جدید برای طراحی سیستم تشخیص دهنده عیب بر اساس مدل گسسته پیشامد ارائه می شود. در این روش باید سیستم به صورت یک اتومات زمانی مدل شده باشد که جزییات این کار در [18] ارائه شده است.
روش طراحی ارائه شده در این مقاله را می توان توسعه روشی دانست که در [19] برای سیستم های گسسته پیشامد غیر زمانی پیشنهادشده است. در این روش تمام حالت هایی که منجر به یک پیشامد می شوند، یک حالت از سیستم تشخیص عیب را ایجاد می کنند. چنانچه مشخصات زمانی رخداد پیشامدها را در نظر بگیریم، میزان تمایز حالتهای عیب یاب در عیوب مختلف افزایش یافته و توانایی تشخیص عیب افزایش می یابد.
ساختار این مقاله به این صورت است: در بخش بعدی به تشریح مختصر توربین های V94.2 می پردازیم. در قسمت سوم، مدل اتومات زمانی برای توربین گاز تشریح می شود و در بخش 4 عیب یاب پیشنهادی ارائه می شود. در بخش 5 نتیجه حاصل از به کارگیری این عیب یاب برای توربین v94.2 ارائه می شود.
.2 توربین V94.2
توربین های گازی V94.2 جزء توربین های مخصوص کار سنگین - Heavy Duty - به شمار می روند که کاربرد اصلی آنها تامین توان است. این توربین ها تک محوری هستند و علاوه بر توربین دارای بخش های اصلی کمپرسور و محفظه احتراق نیز هستند. شکل 1 شمای کلی این توربین را نشان می دهد. سوخت مورد استفاده در این توربین گاز طبیعی است. مشخصات نامی این توربین در جدول 1 نشان داده شده است
شکل1 دیاگرام کلی توربین گاز
جدول -1 اطلاعات نامی توربین گاز
.3 اتومات زمانی
اتومات زمانی از عمومیترین مدلهای قابل استفاده برای توصیف سیسم های گسسته پیشامد زمانی - Timed - Discrete Event System است. ویژگیهای مناسب این مدل مانند قابلیت انطباق بسیارخوب با سیستمهای هایبرید، توانایی این مدل در توصیف فرآیندهای مختلف به علت عمومی و کامل بودن آن و همچنین قابلیت این مدل برای نمایش وتوصیف زبانهای زمانی باعث بهکارگیری این مدل در بسیاری ازکاربردهای کنترلی برای -TDESها شده است
تعریف رسمی این اتومات به صورت زیر است.
تعریف:1 یک اتومات زمانی توسط یک -6تایی به صورت ذیل تعریف میشود.
در این رابطه مکانیزم زمانی اتومات را تعیین می کند و به آن clock گفته میشود. هرکدام از اعضا یک دنباله زمانی است که زمانهای رخداد پیشامد را تعیین میکند. سایر پارامترها عبارتند از:
¡ فضای حالت؛
¡ مجموعه پیشامدها؛
، تابع گذر حالت، این تابع مشخص می کند که هر حالت تحت چه پیشامدی به کدام حالت بعدی منتقل میشود.
، تابع پیشامدهای فعال یا قابل دسترس، این تابع مشخص میکندکه در هر حالت چه پیشامدهایی امکان رخداد دارند.
