NS2100大型汽輪發(fā)電機組監(jiān)測和分析診斷系統(tǒng)的應(yīng)用分析

祁月明

（內(nèi)蒙古蒙西水泥股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016014）

0 前言

隨著電力工業(yè)的不斷快速發(fā)展，達到百萬千瓦級功率的電廠也不斷涌現(xiàn)。由此也帶來了一些問題：一方面，單機容量的增加使得大型汽輪發(fā)電機組軸系的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，也就更容易發(fā)生震動故障；另一方面，現(xiàn)役機組的老化時常帶來一些突發(fā)事故，甚至引發(fā)部分原有的故障進一步擴大，最終造成設(shè)備報廢、人員傷亡的災(zāi)難性事故。針對這一現(xiàn)象，國家有關(guān)部門通過進口大批振動監(jiān)測裝置的措施解決了振動監(jiān)測的問題。可是，該現(xiàn)象的最大難題是怎樣從監(jiān)測的數(shù)據(jù)中快速的分析出機組振動大的真正原因。因此，如何實現(xiàn)在線診斷振動故障，是實現(xiàn)機組長期安全運行的重要保障。

1 NS2100大型汽輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和診斷分析系統(tǒng)

由于我國用電的需要和資金制約,降低老機組故障發(fā)生率,延長老機組的使用壽命是非常重要的。目前在國內(nèi)電廠各類大型汽輪發(fā)電機組的運行監(jiān)測方面,部分機組只裝有汽輪機監(jiān)測儀表系統(tǒng)，只是簡單的通過連續(xù)監(jiān)視汽輪機狀態(tài)機械參數(shù),并檢測過程量達到報警、停機值時輸出相應(yīng)的報警、停機信號的系統(tǒng)。

電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，各種診斷理論的不斷完善，為大中型機組進行在線振動監(jiān)測和故障診斷技術(shù)提供了廣闊的技術(shù)空間。電廠級別MIS系統(tǒng)的建設(shè)，為振動監(jiān)測、分析、診斷、保護提供了強大的網(wǎng)絡(luò)資源，使得企業(yè)各級領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)專家、技術(shù)人員都可以隨時在提供網(wǎng)絡(luò)接入的終端對當前機組的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)測、分析和診斷。

國旋新力公司推出的MV-NS2100大型旋轉(zhuǎn)機械在線管理系統(tǒng)（以下簡稱 NS2100 系統(tǒng)）是集監(jiān)測（TSI）、保護(ETS)、故障診斷分析(TDM)及事故追憶(SOE)高度一體化的系統(tǒng)，為華能烏海熱電廠200MW汽輪機的安全運行和故障預(yù)警提供全面保護。

2 NS2100系統(tǒng)功能

NS2100振動監(jiān)測分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 NS2100振動檢測分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

NS2100振動監(jiān)測分析系統(tǒng)均具有以下功能：

2.1 輸入信號

可輸入鍵相信號（脈沖信號）、振動信號、轉(zhuǎn)速及其他信號，機組的有功和無功也可輸入。

2.2 適當?shù)臅r間內(nèi)在線采樣和顯示

根據(jù)對輸入信號的研究，可以自動的識別集速度、速度、帶負荷和工作，與此同時，按照不同的采樣速度和方式的前提下，對信號進行采樣、分析和儲存。

2.3 振動信號分析

具有快速傅立葉變換(FFT)使時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號,進而得到功率譜。按時、準確地確定軸系非穩(wěn)態(tài)油膜振蕩或振動。高次諧波共振故障診斷占據(jù)關(guān)鍵地位。

2.4 機組升、降速(即瞬態(tài))振動數(shù)據(jù)整理、探索以及存儲

機組升、降速時依靠轉(zhuǎn)速變化率實施信息采集,除了存儲振動諧波分量以外還存儲振動動態(tài)數(shù)據(jù)，用來繪制波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖、三維頻譜圖、伯德圖、極坐標圖。

2.5 機組日常運行（即穩(wěn)態(tài)）振動數(shù)據(jù)采樣、分析、存儲

在日常工作過程中，不斷的通過振動數(shù)據(jù)來采樣、分析，并定時地存儲所采集數(shù)據(jù)，已達到完善歷史資料的程度。建立年、月、周、日、小時的運行資料，用于趨勢圖的繪制和核對振動故障時所需要的歷史資料。

2.6 報警、危急識別和事故追憶

振動故障的原始波形動態(tài)信號將被轉(zhuǎn)移到溢出和臨界采樣、存儲，并且它可以識別出機關(guān)的報警信號。它還可以用來實現(xiàn)詳細的頻譜分析，繪制波形圖、三維頻譜圖和軸心軌跡圖、趨勢分析。同時能夠通過振動故障的原始信息收集提供重要數(shù)據(jù)振動故障

2.7 歷史數(shù)據(jù)存儲

自動識別操作的狀態(tài)和時間并對之進行壓縮存儲，按照年、月、日、小時這樣的時間單位形式來存儲文件以便用作分析趨勢。

2.8 報告和報表輸出

可打印輸出報表、波形和頻譜圖。

2.9 振動特征分析

通過對以上數(shù)據(jù)的監(jiān)測，振動監(jiān)測系統(tǒng)還可以對機組振動進行初步的分析和處理，尋找機組故障原因。

（1）升、降速數(shù)據(jù)分析(即瞬態(tài)數(shù)據(jù))可以繪制伯德圖、極坐標圖、級聯(lián)圖、波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖。如下列圖表所示。

（2）日常運行數(shù)據(jù)分析(即穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù))可以繪制趨勢圖、快速趨勢圖、三維頻譜圖、頻譜圖。

（3）超限、危急數(shù)據(jù)分析可以繪制出三維頻譜圖、頻譜圖、波形圖、軸心軌跡圖。

（4）各種振動報表的打印輸出。

（5）報警事件列表。可輸出各臺機組報警發(fā)生的日期、時間、運行轉(zhuǎn)速和運行狀態(tài)，建立機組振動故障的檔案。

（6）可輸出顯示的圖形有：

圖2 汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸瓦分布及瓦振圖

2.10 故障專家?guī)煸\斷功能

通過對以上圖表的分析，振動監(jiān)測系統(tǒng)還可以實現(xiàn)自動診斷。可診斷的故障有不平衡、初始彎曲、熱彎曲、對中度不好、軸瓦不穩(wěn)定、油膜渦動、油膜振蕩、汽流激振、電磁激振、摩擦、軸瓦松動、共振或高次諧波共振等。

圖3 機組升、降速伯德圖

圖4 機組升、降速三維頻譜圖

2.11 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷功能

根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和知識推理的理論來講，組成因素分為：五個庫和五個功能模塊。在分析研究的基礎(chǔ)上,各種異常癥狀的特征提取旋轉(zhuǎn)機械，識別異常的原因和位置,并給出了解決方案。

2.12 轉(zhuǎn)子平衡重量計算

系統(tǒng)配備了轉(zhuǎn)速的多個平面多點最小二乘方法,影響系數(shù)法,如振動平衡重量計算程序，它可以使轉(zhuǎn)子軸振動和軸承相同的相位和反相成分分析的振動，提供軸沒有影響系數(shù)和影響系數(shù)的軸系統(tǒng)振動當平衡重量,并估算其剩余振動后加重

3 振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的作用和意義

振動監(jiān)測系統(tǒng)的蒸汽輪機發(fā)電機組在啟動速度、載荷、日常操作和負荷下,慢下來,停止在各種操作條件如全方位的振動監(jiān)測和記錄歷史數(shù)據(jù)，可能發(fā)生在單位時振動故障的初步結(jié)論通過分析數(shù)據(jù)，指導(dǎo)檢修人員到單位對機器進行處理，并估算處理后機組的殘余振動。因此，振動監(jiān)測系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。

對電廠而言，NS2100大型汽輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和診斷分析系統(tǒng)投入運行后有如下作用：

（1）提前做好故障存在和發(fā)展的預(yù)計工作，并在此基礎(chǔ)上找出故障出現(xiàn)的原因以及類型，然后根據(jù)結(jié)果及時制定檢驗修理步驟和計劃，在保證工作質(zhì)量的前提下，合理壓縮檢修時間，降低維修所需費用；

（2）適當并及時準確的記錄故障信息，避免因為尋找不到機組振動的故障而引起的重復(fù)啟停機試驗，提高故障診斷的準確性，使機組盡快正常運行；

（3）準確地提供不平衡振動的幅值和相位，減少找動平衡的停機次數(shù)，可以節(jié)約機組啟動費用。

NS2100系統(tǒng)分析的失效機理和應(yīng)用到故障診斷系統(tǒng)，從而及時發(fā)現(xiàn)早期的潛在故障,以防止不必要的重大惡性事故的發(fā)生,最終達到提高大型機組在運行期間的安全性與可靠性目的。因此,系統(tǒng)的故障機理及診斷技術(shù)將帶來巨大的經(jīng)濟效益為發(fā)電廠。

［1］谷俊杰,等.汽輪機控制,監(jiān)視與保護[M].中國電力出版社,2002.

［2］謝伯曾.汽輪機熱工監(jiān)視與保護[M].水利電力出版社,1990.

［3］黃秀珠.大型旋轉(zhuǎn)機械振動故障特征分析與診斷[J].國家電力公司熱工研究院技術(shù)資料,1996.