1.本发明涉及火力发电行业的大数据挖掘应用技术领域，特别涉及基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法及系统。
背景技术：
2.锅炉中的水冷壁、过热器、再热器和省煤器，是锅炉炉膛和烟道内重要的换热设备，其运行状态直接影响锅炉内燃料化学能向工质能量转换的效率以及锅炉运行的安全稳定性，四种换热设备均由多个锅炉管组成。但是，由于锅炉煤质多变、负荷多变、燃烧调整不当等因素，常常会导致锅炉管的传热效率下降甚至爆管检修的情况。随着电厂信息化建设，锅炉管布置有大量的壁温测点用以监测管子的工作状态。但是壁温信息只能提供表面或滞后信息，如果壁温明显超温，可能管子已经出现了故障情况，错过了最佳检修维护的时间窗口。另外，壁温测点很多，对于电厂生产管理人员，很难快速和敏锐地捕捉到锅炉管的潜在隐患和异常，也无法对可能出现故障的具体管子进行定位。
技术实现要素：
3.针对现有技术中存在的问题，本发明一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法，利用监测锅炉管排壁温大数据，基于历史数据分析和排序特征判据方法，提供对有故障隐患或趋势的管子提前预警的方法，为电厂生产管理人员提供锅炉管运行状态的健康监测、故障预警和运行检修辅助决策指导功能。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法，包括如下步骤：
6.步骤1、获取当前时刻t0换热设备中所有锅炉管的壁温，选取壁温最高的前n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}；
7.步骤2、获取多个历史时刻下，n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在对应的历史时刻壁温从高到低的排序位置；
8.步骤3、根据n个锅炉管在历史时刻和当前时刻的排序位置，确定n个锅炉管的排序距离特征值，并根据排序距离特征值确定换热设备的状态；
9.步骤4、根据n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在多个历史时刻中的排序位置，确定各锅炉管的壁温预警系数，确定各锅炉管的状态。
10.优选的，所述换热设备为水冷壁、过热器、再热器或省煤器。
11.优选的，步骤3中根据最大的锅炉管壁温排序变化距离确定排序距离特征值；
12.优选的，所述排序距离特征值的表达式如下：
[0013][0014]
其中，di为最大的锅炉管壁温排序变化距离。
[0015]
优选的，所述根据排序距离特征值确定换热设备的状态的方法如下：
[0016]
将排序距离特征值d与设定的距离报警阈值d
cr
进行比较，如果d《d
cr
，表示的当前时刻换热设备正常；如果d》d
cr
，则执行步骤4。
[0017]
优选的，步骤2和步骤4中分别选取多个历史时刻，确定n个锅炉管的排序位置，并且步骤2的选取的历史时刻的数量小于步骤4中选取的历史时刻的数量。
[0018]
优选的，步骤4中所述壁温预警系数pi的计算方法如下：
[0019][0020]
其中，m为选取的历史时刻的数量，xi为锅炉管ki(i＝1～n)的壁温在m个历史时刻下在该壁温排序的序号最大值，s
i,tj
为锅炉管ki的壁温在tj历史时刻下的排序位置序号。
[0021]
优选的，步骤4中确定各锅炉管的状态的方法如下：
[0022]
将各锅炉管的壁温预警系数pi与预警系数阈值p
cr
比较，当pi《p
cr
，则锅炉管ki状态正常；当pi》p
cr
，则锅炉管ki状态以异常。
[0023]
一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法的系统，包括，
[0024]
锅炉管选取模块，用于获取当前时刻t0换热设备中所有锅炉管的壁温，选取壁温最高的前n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}；
[0025]
排序模块，用于获取多个历史时刻下，n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在对应的历史时刻壁温从高到低的排序位置；
[0026]
设备状态判断模块，用于根据n个锅炉管在历史时刻和当前时刻的排序位置，确定n个锅炉管的排序距离特征值，并根据排序距离特征值确定换热设备的状态；
[0027]
锅炉管状态判断模块，用于根据n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在多个历史时刻中的排序位置，确定各锅炉管的壁温预警系数，确定各锅炉管的状态。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0029]
本发明提供的一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法，根据电厂大量壁温监测数据，结合各管排相互空间位置关系的影响分析得到各管排的壁温排序特征，并通过运行历史数据挖掘、随时间变化趋势的特征值提炼，得到管排故障诊断的判据，该方法利用监测锅炉管排壁温大数据，基于历史数据分析和排序特征判据方法，提供对有故障隐患或趋势的管子提前预警的方法，为解决锅炉管隐患发现不及时、人工判断效率低、机理模型构建复杂的问题提供有效方案。
附图说明
[0030]
图1为本发明基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法的流程图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0032]
参阅图1，一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法，包括如下步骤：
[0033]
步骤1、根据换热设备的所有锅炉管的位置，获取各锅炉管的壁温并构成壁温测点集合m，m＝{a1,a2,
…
,a
x
}。
[0034]
所述换热设备为水冷壁、过热器、再热器或省煤器。
[0035]
其中，x是换热设备的锅炉管总数，a1～a
x
是各壁温测点对应的管子序号。
[0036]
步骤2、获取当前时刻t0各锅炉管的壁温，按照壁温从高到低对各锅炉管进行排序，选取壁温最高的前n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}。
[0037]
其中，k1代表壁温最高的管子序号，kn代表壁温第n高的管子序号。
[0038]
步骤3、获取与当前时刻相同负荷状态的3个历史时刻(t1，t2，t3)各锅炉管的壁温，并按照壁温从高到低进行排序，确定步骤2得到的n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在对应的历史时刻的排序位置。
[0039]
3个历史时刻在时间顺序间隔选取，并具有一定时间跨度，应避免最早时刻和最晚时刻的间隔时长小于1个月。
[0040]
当前时刻的壁温排序序号为：{1，2，3，
…
，n}；
[0041]
历史时刻t1各锅炉管的壁温排序位置为{s
1,t1
,s
2,t1
,s
3,t1
,
…sn,t1
}；
[0042]
历史时刻t2各锅炉管的壁温排序位置为{s
1,t2
,s
2,t2
,s
3,t2
,
…sn,t2
}；
[0043]
历史时刻t3各锅炉管的壁温排序位置为{s
1,t3
,s
2,t3
,s
3,t3
,
…sn,t3
}。
[0044]
举例说明，锅炉管k1在当前时刻下壁温排序第1，在t1时刻的壁温排序为s
1,t1
，在t2时刻的壁温排序为s
1,t2
，在t3时刻的壁温排序为s
1,t3
。
[0045]
步骤4、遍历计算各锅炉管ki(i＝1～n)在当前时刻与各历史时刻的壁温排序变化距离di，i＝1～n，根据各锅炉管的壁温排序变化距离计算n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}整体的排序距离特征值d。
[0046]
其中，距离计算方法如下：
[0047]di,1
＝s
i,t1-i
[0048]di,2
＝s
i,t2-i
[0049]di,3
＝s
i,t3-i
[0050]di
＝max{d
i,1
,d
i,2
,d
i,3
}
[0051][0052]
步骤5、将排序距离特征值d与给定距离报警阈值d
cr
进行比较，如果d《d
cr
，表明的当前时刻锅炉管排整体正常，本轮诊断完成；如果d》d
cr
，通过步骤6进一步判断哪些管子需要预警。
[0053]
所述的给定距离报警阈值d
cr
，可以根据不同锅炉的设计特征和运行状况进行灵活调整。
[0054]
步骤6、选取m个历史时刻{t1,t2,
…
,tm}，确定各锅炉管ki(i＝1～n)在对应历史时刻中的壁温从高到低的排序位置{s
i,t1
,s
i,t2
,
…si,tm
}，i＝1～n。
[0055]
例如，s
i,t2
为锅炉管ki的壁温在t2时刻下，在所有锅炉管k1～kn的壁温从高到低的排序位置。
[0056]
所述的选取m个历史时刻，要求最早的历史时刻选在锅炉当次启动进入稳定运行的时刻，并且m应大于5。
[0057]
步骤7，根据各锅炉管ki(i＝1～n)在对应历史时刻的排序位置，确定各锅炉管ki(i＝1～n)壁温随时间变化的特征值，并将其作为壁温预警系数pi，预警系数计算方法如下：
[0058]
xi＝max{s
i,t1
,s
i,t2
,
…si,tm
}
[0059][0060]
步骤8、将各锅炉管的壁温预警系数pi与预警系数阈值p
cr
比较，如果pi《p
cr
，说明锅炉管ki正常；如果pi》p
cr
，触发该锅炉管ki的预警信号。
[0061]
步骤9、检查管子序号ki(i＝1～n)的壁温预警系数计算和判断是否遍历完成，如果完成，结束本轮诊断过程；如果没有，重复步骤6到步骤8直到遍历完成。
[0062]
一种基于锅炉壁温监测的锅炉管故障诊断预警方法的系统，包括，
[0063]
锅炉管选取模块，用于获取当前时刻t0换热设备中所有锅炉管的壁温，选取壁温最高的前n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}；
[0064]
排序模块，用于获取多个历史时刻下，n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在对应的历史时刻壁温从高到低的排序位置；
[0065]
设备状态判断模块，用于根据n个锅炉管在历史时刻和当前时刻的排序位置，确定n个锅炉管的排序距离特征值，并根据排序距离特征值确定换热设备的状态；
[0066]
锅炉管状态判断模块，用于根据n个锅炉管{k1,k2,k3,
…
,kn}在多个历史时刻中的排序位置，确定各锅炉管的壁温预警系数，确定各锅炉管的状态。
[0067]
本发明方法能够提供一种基于锅炉壁温监测的锅炉四管故障诊断预警方法，能够适用计算机的自动在线计算判断模式以及人工手动触发式判断模式实现，每轮诊断预警周期可自由设定。
[0068]
本发明方法能够有效结合电厂大量壁温监测数据，结合各管排相互空间位置关系的影响分析得到各管排的壁温排序特征，并通过运行历史数据挖掘、随时间变化趋势的特征值提炼，得到管排故障诊断的判据，为解决锅炉管隐患发现不及时、人工判断效率低、机理模型构建复杂的问题提供有效方案。
[0069]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。