海上平臺透平機運行數據深入分析與故障預警

王新軍(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

目前海上油氣生產關鍵動設備采取了現場監測[1]，但多年運行的數據、資料未進行有效的大數據分析，不能及時為作業人員提供診斷參考。遼東作業公司以動力透平裝備為試點，構建了透平運行數據深入分析智能診斷的遠程服務平臺，實現了設備故障的早期預警和實時監控，也實現了遠程監測、診斷和備件的托管服務支持。構建動力透平行業深入分析平臺體系，實現動力透平裝備高效穩定運行，持續降低設備維護維修成本，營造新型透平設備及服務生態系統，為渤海油田增儲上產七年行動計劃提供安全、高效生產運行保障。

1 預警模型

當設備狀態發生變化、劣化或開始損壞時，這些變化會在傳感器數據上表現出來[2]。因此建立一個真實可靠的數據模型就可以代表實體設備。用相似性理論建立的模型可以通過為每一個傳感器實時值創建一個動感帶，并與其他傳感器相關聯，實現對設備故障的早期預警[3]。本次透平發電機建模使用了138個傳感器，建立了某海上平臺透平B機的壓氣機、燃燒、機械、發電機、天然氣燃料和熱水加熱器6個模型，使用“天然氣壓強≥2 350 kPa且有功≥1 500 kW”來判斷透平處于運行狀態。

為了用于案例分析，我們在歷史12個月的數據中挑出部分正常運行數據為模型參考數據。參考數據示例如圖1所示。

圖1 參考數據示例

2 透平發電機燃機側軸承故障預警

設備智能分析平臺某海上平臺透平B機在2019年7月底連續觸發了1起故障診斷單，異常的部位是透平發電機燃機側軸承。

2.1 預警診斷單概要

診斷單編號：1894，處理狀態：新診斷單，出現時間：2019/07/28 20:28:41。所屬設備與部件路徑：透平B機發電機診斷單如圖2所示。預警點詳情如圖3所示。

圖2 透平B機發電機診斷單

圖3 透平B機發電機預警點

2.2 測點趨勢分析

測點趨勢圖如圖4所示，預測趨勢圖的圖例如表1所示。

圖4 透平B機發電機測點趨勢圖

表1 預測趨勢圖的圖例

趨勢圖及現象描述：透平B機發電機驅動端Y方向間隙電壓在2019/07/26 19:26:14波動至38 V觸發發電機燃機側軸承故障診斷單，之后在28日20時左右再次發生波動，負荷齒輪箱振動加速度在2019/07/29 18:58:50開始突然增大，持續至透平B機停機。

2.2 原因分析及處理方法

原因初步分析：(1)發電機定子繞組不對稱或轉子勵磁繞組發生匝間短路或金屬接地故障，發電機磁路不對稱；(2)軸瓦油膜波動、軸瓦接觸面有雜質；(3)機械故障：轉子彎曲，機械不平衡，軸承故障等引起的高振動。

處理方法：(1)就地檢查發電機定子繞組和勵磁繞組有無明顯故障，重點檢查勵磁機軸承與基座之間是否絕緣良好，嚴密監視透平發電機運行參數和轉子發熱情況，檢查發電機定子和轉子電壓、電流、負序電壓和負序電流等參數是否正常。(2)就地檢查各軸承振動和溫度，傾聽有無摩擦異音。若有就地能聽到動靜摩擦異音，應立即停機。(3)檢查發電機定子和轉子絕緣有無明顯破損，停機后應測量發電機定子和轉子絕緣。

3 結語

(1)透平故障預警系統可以在故障發生前幾十天甚至幾個月給出預警，使得平臺能夠在設備停運或低負荷時采取修復措施，避免故障的發生。

(2)逐步對基礎信息、健康樣本和健康模型、故障模式、故障樣本的積累完善，成功運用后，進行基礎數據平臺貫通和全面分析建模，以逐步完善透平故障智能預警分析平臺。