火電廠TDM系統功能的深入開發及應用

邵昌盛，陳華輝

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

0 引言

目前，國內越來越多的火電廠采用TDM（Turbine Diagnosis Management）系統（汽輪發電機組診斷管理系統）對汽輪機組進行振動監測與故障診斷，主要作用：對汽輪機組運行過程中的振動數據進行深入分析；獲取包括轉速、振動波形、頻譜以及各頻率成分的幅值和相位等故障特征數據，為故障診斷人員提供數據及專業的圖譜工具；協助振動專家深入分析機組運行狀態等。

現有的TDM系統存在的不足：一是缺少對汽輪機組過程量數據的監測，對判斷機組故障造成不便；二是系統的遠程連接功能不夠安全便捷，無法較好地借助廠外專家力量進行故障診斷。

為了解決以上2個問題，湛江電廠對原有的TDM系統進行了完善，增加了汽輪機組過程量數據監測功能，改進了系統遠程連接功能，使得汽輪機組故障診斷變得更加準確、安全和便捷。

1 過程量數據監測功能

過程量數據是指汽輪機組在運行過程中一些不斷變化的參數，包括發電機功率、主汽壓力、主汽流量、潤滑油溫、各高壓調節閥開度等。在汽輪機組的運行過程中，很多振動變化都是因為某一個或者幾個過程量變化而引起的，將振動數據與過程量數據結合起來分析，可以更全面、有效地診斷汽輪機組的故障。

為增加汽輪機組過程量數據監測功能，湛江電廠對原有的TDM系統進行了完善，系統主要由SIS系統（Supervisory Information System，實時監控信息系統）、TDM接口機、安全隔離網閘和原有TDM系統組成（圖1）。

SIS系統的傳統功能是通過SIS交換機從 DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）接口機中取得汽輪機組過程量數據并上傳至SIS服務器以供電廠員工實時監控。在SIS系統傳統功能的基礎上，湛江電廠在SIS交換機和TDM交換機中間增設了1臺TDM接口機和安全隔離網閘。TDM接口機中安裝有過程量采集軟件，一端與SIS交換機相連，負責從中采集汽輪機組過程量數據；另一端與安全隔離網閘相連，負責向網閘傳輸采集到的過程量數據。安全隔離網閘用于將TDM接口機采集到的過程量數據單向傳輸給TDM交換機，同時利用安全隔離功能防止TDM系統對SIS系統及DCS系統造成干擾，保證生產網絡的安全。

TDM交換機接受到TDM接口機與安全隔離網閘傳輸來的過程量數據，同時還接受到各臺機組振動采集器采集到的振動數據，兩者綜合后傳輸給各臺機組的TDM服務器，供電廠專業人員進行故障診斷。

該創新功能既能安全地監測汽輪機組過程量數據，又可以避免TDM系統對SIS系統及DCS系統造成干擾，降低了因為監測不到汽輪機組過程量數據而無法正確判斷振動異常原因的機率，提高了汽輪機組故障診斷的準確性，對火電廠汽輪機組的安全經濟運行具有重要意義。

2 遠程連接功能

現有火電廠的TDM系統大都使用2種方式供廠外的用戶遠程查看：一是讓廠外用戶通過互聯網直接訪問廠內的TDM服務器，查看各種振動數據；二是在廠內將TDM系統采集到的數據上傳到互聯網的數據庫中，供廠外用戶查看。第一種方式雖然方便，但安全性較差，直接開放廠內的TDM服務器容易導致外部網絡對其產生影響，使系統發生故障，嚴重時甚至有可能影響電廠安全生產；第二種方式安全性好，但是需要不斷上傳大量數據，而且需要單獨設置數據庫來存儲海量數據，維護起來比較麻煩且花費較高。

圖1 過程量數據監測功能系統拓撲圖

為了解決以上問題，湛江電廠創新地在TDM交換機和辦公網交換機之間增設了1臺TDM鏡像服務器和1臺安全隔離網閘，辦公網交換機與TDM鏡像服務器連接，TDM鏡像服務器經由安全隔離網閘與TDM交換機連接（圖2）。

在改進后的系統中，TDM交換機可以實時將TDM服務器上的數據鏡像到TDM鏡像服務器上，廠外專家只需要通過辦公網交換機訪問到TDM鏡像服務器，就可以對TDM系統采集到的汽輪機組各項數據進行監測和分析，非常便捷。同時，安全隔離網閘只允許汽輪機組各項數據由廠內的TDM交換機鏡像到TDM鏡像服務器上，而不允許與互聯網連接的辦公網交換機及電廠員工計算機對TDM系統造成任何影響，保證了安全性。

3 實際案例應用

湛江電廠2#機組于2017年2月到4月大修，4月9日2：13，大修后機組首次冷態沖轉，在1200 r/min暖機過程中，3#，4#軸承振動爬升，其中3#瓦平振最高升至119 μm。后降轉速至600 r/min，降速過程中振動繼續增大，3#瓦平振最高升至198 μm。之后運行人員執行打閘操作，轉子靜止后投入盤車運行。

利用改進前的TDM系統對該故障進行分析。從振動異常時的波形頻譜圖發現，振動波形為正弦波，頻譜中以一倍頻為主，沒有異常頻率成分，從該圖中無法判斷究竟是何種故障。利用軸心軌跡圖、波德圖、軸中心線位置圖等傳統TDM系統的振動分析方法，也無法準確判斷出故障的根源。于是湛江電廠利用TDM系統的新功能，將汽輪機組過程量數據與振動數據進行綜合趨勢分析。2#機汽輪機2017年4月9日 02:07:38至04:06:00的振動曲線如圖3所示。其中，3×通頻幅值最大197.9 μm，最小2.5 μm；偏心最大值 56.06 μm，最小 0.5 μm。

圖2 遠程連接功能系統拓撲圖

將汽輪機組過程量數據如主汽壓力、主汽溫度、偏心值等添加進TDM系統多點趨勢圖，發現主汽壓力、主汽溫度等參數變化不大，但是偏心值參數在振動波動的過程中也有較大變化量。

偏心值指轉子轉軸的晃動度，一般表示轉子彎曲程度。從圖3可以看出，3#軸承在振動變大過程中，偏心值不斷增加，說明汽輪機轉子彎曲程度越來越大，因此導致頻譜中1倍頻非常突出。在機組打閘盤車后，偏心值又逐漸回落，說明盤車過程中轉子彎曲程度恢復正常，屬于熱彎曲的特征。

熱彎曲一般為轉子受熱不均勻導致，常常因為摩擦而引起，再聯系機組在大修期間為了保證機組效率將汽封間隙全部按照規定范圍內的最小值調整這一事實，電廠專業人員因此初步判斷機組發生了動靜碰磨故障。

為了更準確判斷故障，湛江電廠利用TDM系統的遠程連接功能，請東南大學振動專家楊建剛教授在南京遠程查看2#機組的振動及過程量數據。楊教授通過分析振動異常時的振動特征及過程量變化，肯定了電廠專業人員的判斷，并建議下次啟機時降速暖機，以防止振動突升。

當轉子熱彎曲恢復后，運行人員再次開機，保持800 r/min的較低轉速暖機，讓動靜間隙可以充分摩擦，又不至引起較大振動。在一段時間的暖機過后，機組終于順利沖轉至3000 r/min。

4 結論

湛江電廠通過對原有TDM系統的完善，增加了汽輪機組過程量數據監測功能，改進了系統遠程連接功能，既提高了汽輪機組故障診斷的準確性，又保證了火電廠系統網絡的安全性。通過2#機組動靜碰磨的故障診斷證明，TDM系統創新功能有效，對火電廠汽輪機組的安全經濟運行有重要意義。

圖3 過程量與振動數據綜合分析