【doc】LY2000-Ⅱ型图像火检系统在丰城电厂的应用

【doc】LY2000-Ⅱ型图像火检系统在丰城电厂的应用 LY2000-?型图像火检系统在丰城电厂的应 用 一璧零流 LY2000一II型图像火检系统在丰城电厂的应用 李延华 (江西丰城发电厂,江西丰城331100) 摘要:较详细介绍了LY2000一II型图像火检系统的原理,功能及系统组成. 关键词:图像火检系统;层火焰检测器;故障追忆 1LY2000一II型图像火焰检测系统简介 江西丰城电厂一期为4x300MW机组,采用的是哈 尔滨锅炉厂生产的HG一1025/18.2一YM6型亚临界控制 循环汽包炉,单炉膛,一次中间再热,平衡通风,钢炉架, 露天布置,固态排渣,n型烟煤炉.在机组投产初期采用 的火焰检测器是FORNEY公司的红外光敏元件的检测 器,该火焰检测器是利用火焰着火区辐射能量的交流分 量,火焰的脉动幅值和脉动频率来检测火焰着火与熄 火.这类火检探头的视角比较小(一般是3~~15.),以便 使探头对准火焰着火区,但探头只能检测到火焰的脉动 频率和脉动幅值.然而在锅炉运行过程中,由于锅炉负 荷及配风的变化,尤其是我厂的燃煤锅炉煤种变化较 大,引起着火区的位置经常发生漂移,致使火检探头很 难对准着火区,容易造成火检发出错误信息. 针对锅炉火检的状况,我厂采用了烟台龙源电力 技术有限公司的新一代火焰检测装置——图像火焰检 测装置,它能利用火焰图像来全程监视火焰燃烧状况, 而且可判断火焰是否存在,是一种不受煤种和负荷变 化影响的火焰检测装置.我们采用广角长焦距工作镜 头(视角约90.)和彩色CCD摄像机直接拍摄燃烧器 火焰图像,燃烧火焰图像包含着大量的信息,利用传像 技术,计算机数字图像处理技术,模式识别技术对火焰 图像进行处理,实现对燃烧器出15]火焰图像的采样,数 据处理和特征识别,准确发出单个燃烧器火焰的 收稿日期:2004—12—13 作者简介:李延华(1975一),男,江西省南昌市人,现任丰电设备管 理部热控专业主任师. ON/OFF信号,并提供给操作人员丰富的可视化图像信 息,将各燃烧器火焰图像直观的显示在CRT上,锅炉 运行人员根据燃烧器的火焰图像调整一,二次风配比, 提高煤粉的燃烬度和锅炉燃烧效率,减少烟气污染,最 终使之能够指导燃烧,保证锅炉运行在最佳工况,实现 稳定,经济,洁净燃烧的目的. 2LY2000一II型图像火焰检测系统功能及特点 2.1图像火检发出的ON/OFF输出信号可靠,精确度高 图像火检采用CCD型摄像机作为一次传感元件, 视角约90.,所以它监视区域非常大,ON/OFF信号不 受煤种,负荷变化及背景火焰的影响,层火焰检测器采 用先进专业图像处理芯片,该芯片是32位并行处理, 利用煤燃烧器的燃烧特征做出判断,输出可靠,灵敏度 高,如图1所示. 图1有火/无火判断画面 2.2直观,清晰的燃烧状态显示 系统主机柜和集控室都配有彩色显示器,鼠标,运 行人员可以直观的在CRT上观测单个燃烧器的实时 机电信息2005年第3期总第87期29 机电锈垂 j像,还可根据需要,作四画面切割同时观测4个 }的火焰图像,如图2所示. 图2层火焰监IIIIi 输出每个燃烧器火焰ON/OFFJt:父:IIj,I?r以 与任何一种类型的锅炉安全监系统十1f迮. 开放的通讯接口 i着用于信息交换的网络不断增多,仃?个 j通讯接口,该装置可直接挂在计算机分散控制 DCS)的网络上,作为DCS的一个工作站,实现 S的信息交换. 历史故障追忆功能 障追忆便于调查事故起因,找出症结;同时在管 使岗位责任制有了可靠的依据.该系统包括两方 一 是每个燃烧器15min内火焰强度的历史曲 可根据历史曲线的异常,给出报警信号.其二是 一 定时间内火焰燃烧画面,为故障分析提供有力 自检功能和故障诊断功能 探头部分 头彩色摄像机(CCD)采用直流供电,电压为 :,便于维护探头.CCD工作电源与系统火检柜 互过熔丝相隔离,当探头CCD失电后,火检柜内 探头的失电报警,同时在柜内的工程师工作站 于人员操作站上有探头的故障报警. 层火焰检测器(下位机) 要火焰检测器自身为一体,2s自检一次,当遇故障 玎工程师站.层火焰检测器为四路视频输入,此系 蕈层煤配置一台火焰检测器,一台层火焰检测器 『L电信息2005年第3期总第87期 一 个电源.层火焰榆测器通过RS232jT程师站进行 通讯,单层火焰检测器IJj现故障时,尢法汇报工程师站 的信息,此时在工程师站I:仃栩J的层火焰检测器故 障报警指示. 2.6.3视频信号切换器 视频信号切换器2s自检次,视频信号切换器通 过RS一232C与工程师站进行通讯,当视频信号分配器 出现故障时,工程师站发出报警. 2.7功能完备的人机接口,可以通过Windows实现 多种不同输出画面的切换和设备操作 LY2000一II型图像火焰检测装置提供了一个完整 的图形界面,运行人员可直接通过窗口方便地实现各种 功能,观察到单个燃烧器的实时火焰图像,或4只燃烧 器火焰图像,可通过I化机时火焰检测器设定参数. 2.8大信息量的输出,有利于锅炉高效,经济运行 该系统运,f】像处技术.?以提供ilI加一r编辑 后丰富的火焰信息.’片运人??r以汽地在屏 幕上观察每个燃烧器的燃烧状态:另一’方l面数字信号 处理后的火焰图像可以大致判断NO的生成.从而能 够相对定量地掌握各燃烧器的燃烧状况,维持锅炉的 最佳状态,实现设备的高效,节煤运行及环境保护. 2.9远大的开发前景.方便,快捷的产品升级 图像火检以其大信息量的采取,先进的算法保证 了对火焰检测的高准确度和灵敏度,是电站火检系统 的一次重大革新,成为替代传统火检装置的理想产品. 大范围火焰图像的摄入,为其大信息量的输出奠定了 基础,可以为整个DCS系统提供更多的信息.作为一 新产品,图像火检有着远大的开发前景,同时,该系统 的开发,聚焦于算法和信息处理技术的进步,是软件的 更新换代,这使得产品升级方便快捷. 3L,000一II型图像火焰检测原理及系统构成 3.1检测原理 系统采用广角长焦距工作镜头和彩色CCD摄像 机直接拍摄燃烧器火焰图像(视角为85.一90.),燃烧 火焰图像包含着大量的信息,利用传像技术,计算机数 字图像处理技术,模式识别技术对火焰图像进行处理, A景曼i霎….”. 实现对燃烧器出口火焰图像的采样,数据处理和特征 识别,准确发出单个燃烧器火焰的ON/OFF信号.煤粉 火焰可以明显地分为3个域:未燃烧I)(,燃烧区和燃 烬区,统称之为火焰特l×,i,J火枪视角示意图和 图像火检视角l,J:怠I分”u如I3,I4所水. 图3可见光火检视角示意图图4图像火检视角示意图 通过对比,我们可以看出图像火检采用CCD型摄 像机作为一次传感元件,视角约90.,所以图像火检监 视区域非常大,能获取丰富的火焰信息,0N/0FF信号 /f受煤种,负荷变化及背景火焰的影响. 3.2LY2000一II型图像火焰检测系统构成 LY2000一II型图像火焰检测系统的核心是对煤粉 燃烧火焰图像的分析,因此整个系统是围绕着火焰图 像视频信号的摄取和处理来组成的,包括火焰图像视 频信号的采集,传输,放大,录制,显示,分析等环节.整 个系统如图5所示.主要有以下部分组成: 图5图像火检系统整体构成 3.2l火焰图像传感器(探头) 火焰图像传感器(以下简称探头)用来摄取煤粉 燃烧器的火焰图像并输出视频信号.作为一次传感元 件,其工作环境异常恶劣,要经受住炉膛的高温辐射和炉 内飞灰的冲刷,还要避免镜面的积灰.在LY2000系统的 第一代产品中采用了图像光纤将火焰图像信号传输到 炉外,再经CCD输出视频信号.但图像光纤在长期的高 温环境下经常发生析胶,破坏了火焰图像.烟台龙源公司 经过长期研究,开发了第二代图像火检探头.该探头采用 光学物镜和军用CCD,直接摄取火焰图像.探头特殊的 结构,使冷却风有效地阻断二次风传导热及炉膛高温辐 射热对其影响,并使镜面保持清洁.探头前端采用特种耐 温玻璃,能抗1200~(2熔融灰渣对镜面的冲刷. 火焰图像传感器主要技术参数如下:(1)长焦距 工作镜头的视角85.~90.;(2)彩色CCD为队L制式, l/4英寸图像传感器其视频输出:1.OVp—P合成视频, 75Q,供电电源为DCI2V+10%/65mA,工作环境温度: 一 20~C~50~C;(3)图像传感器前端头部工作温度不超 过200~C;(4)对每个火焰传感器的冷却风量应大于 1.5Nm/min,风压不小于200mmH2O. 3.2.2火检冷却风系统 火焰图像传感器中CCD部分耐温不超过50~C,冈 此必须对其进行冷却.火检冷却风系统的基本功能就 是冷却及清洁火焰检测探头,保证图像火检系统及锅 炉在最佳检测点安全可靠地运行. 火检冷却风系统主要由风机,空气过滤器,转换挡 板,差压开关及风机控制柜等组成. 冷却风经由两路并联的过滤器,风机,转换挡板, 再由总出口进入管网.两台风机互为备用,单台应能满 足所有传感器的冷却风量的要求.风机可以就地控制 或在集控室DCS画面上进行,也可以通过差压开关自 动实现,即当风机出口压力小于整定值时,则立即启动 另一台风机,同时发出风压不足报警信号,提醒运行人 员处理.为确保冷却风系统可靠运行,风机电源要求两 路供电,取自AC380V母线两半段母线上. 3.2_3视频信号分配器 由CCD摄像机和长焦距工作镜头组成的图像传 感器摄取各燃烧器的火焰图像,各路图像传感器火焰 图像的视频信号由视频复合电缆送入视频信号分配 器,视频信号分配器将每路信号进行放大并分三路送 出:一路至工程师工作站,用于实现火焰图像的显示, 切换;另一路至层火焰检测器,由下位机对四个燃烧器 的火焰图像进行处理,根据火焰图像对火焰燃烧工况 作出判断,输出每个燃烧器火焰有/无的开关量信号, 送至BMS(FSSS)系统,参加系统逻辑控制;还有一路至 机电信息2oo5年第3期总第87期3l 机电荡鱼 火焰图像录放系统,用于故障追忆及火焰画面存储. 主要技术参数:输入阻抗75Q;工作电源:12V DC/0.5A. 3.2.4火焰图像检测器(下位机) 火焰图像检测器是由DSP芯片(数字处理芯片) 作为CPU,集图像采集,存储,处理为一体,轮流对4只 煤粉燃烧器的火焰进行图像处理,识别,最终发出煤火 焰有火/无火的ON/OFF信号.每4只煤粉燃烧器配备 一 个层火焰图像检测器. 主要技术参数:(1)4通道PAL制视频信号输入, 输入阻抗75Q;(2)8点隔离开关量输入信号,外加 12-24VDC工作电源;(3)8点开关量输出信号,继电 器常开/常闭触点,负载24V/1A. 3.2.5火焰图像监视管理系统 此系统主要完成单燃烧器火焰图像和全炉膛火焰 图像实时真彩色显示,伪彩色显示,燃烧器火焰强度直 方图,历史曲线,各燃烧器的状态显示等功能,并且对 整套装置进行管理. 火焰图像监视管理系统主要由视频信号切换器,四 画面分割器,彩色图像采集卡,工作站,共享器等组成. (1)视频信号切换器 在工作站指令的控制下,实现对视频输入信号的切 换.主要技术参数:最大视频信号输入数:24路;视频信 号输入阻抗:75Q;视频输入通道:4路;串行通讯: RS232,1200bps波特率,8bit数据位,lbit停止位,无奇偶 校验位;工作电源:+5VDC. (2)四画面分割器 四画面切割器将四路彩色视频输入信号复合成一 路彩色视频信号,送往图像采集卡.通过RS232串行接 口接受工作站指令,可进行活动画面及冻结当前画面 方式切换.能够检测到视频信号丢失并在画面上显示 “Loss”或”L”提示信息. (3)彩色图像采集卡 彩色图像采集卡是基于微机PCI总线结构的彩色 图像采集卡,它采用先进的数字解码方式,将标准输入 的PAL制式,NTSC制式,SECAM制式的复合彩色图 像视频信号和S-Video信号数字化,经解码后转换为 参与图像处理的RGB一24bit格式的数字信息,然后通 32机电信息2005年第3期总第87期 过PCI总线实时传送到PC机系统内存(或视频显示 缓冲区),由工作站软件进行处理.采集卡可接受 CVBS视频信号或三路S-Video视频信号,在LY2000 系统中,输入视频信号均为CVBS信号. (4)工作站 工作站由性能优越的工控机构成,其主板必须支 持主控方的PCI和ISA插槽,用来配置图像采集卡和 通讯卡. (5)共享器 双键盘,双鼠标,双显示共享器可以实现一台PC 机拖动二套键盘,鼠标和显示器,便于远端操作. 3.2.6火焰图像录放系统 火焰图像录放系统由十六画面分割器,数字录像 机组成,用于火焰图像的存储. 3.2.7通讯系统 采用多串口通讯模块位工作站与各火焰图像检测 器,视频信号切换器,四画面分割器之间交换信息提供 硬件扩展.其由控制卡和外部模块组成,通过DB25到 DB25电缆线连接,可扩展8个标准RS232接口. LY2000一II型图像火检系统各组成部分之间关系 如图6所示. 火 焰 图 像 传 感 器 冷却风系统 火焰图像监视管理系统 火焰图像录放系统 火焰图像检测器 通 讯 模 块 单个煤粉燃烧器 火焰ON/OFF信号 4应用效果 图6图像火检系统框图 该系统在江西丰城电厂从投入使用至今无一次误 动或剧动现象发生,准确率高,系统安全可靠.系统直 观,运行人员可以观测到每个火嘴的燃烧情况,便于运 行人员在集控室就可以很好地监测炉膛的燃烧工况, 对于燃烧的调整起到很好的指导作用.系统故障率低, 面板有各种故障状态指示,便于维护人员维护.