汽輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程分析系統(tǒng)

摘 要:為了保障汽輪發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，開發(fā)出了一種基于Internet的汽輪機(jī)組在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程故障分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)由本地監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及遠(yuǎn)程分析系統(tǒng)組成，能夠連續(xù)地在線監(jiān)測(cè)機(jī)組振動(dòng)的變化過程，可以為機(jī)組檢修及運(yùn)行調(diào)度提供良好的依據(jù)和可靠的信息。

關(guān)鍵詞:汽輪機(jī)組;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);振動(dòng)分析;故障診斷

中圖分類號(hào):TV 734.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1671-7953(2009)04-0095-03

On-line Monitoring and Long-Distance Analysis System for Steam Turbine Generator Sets

QIN Jianming FAN Xin2

(1.School of Electrical Engineering ， Henan University of Technology，Zhengzhou 450007，China;2.Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，China)

Abstract: In order to ensure the safety running of the turbine generator sets， realize online condition monitoring and fault diagnosis of running generator sets and develops a ser of online condition monitoring and fault diagnosis system based Internet. The system is composed of real-time monitoring， data communication， long-distance analysis and the on-line monitoring of the vibration developing process can be realized. Consequently good basis and reliable information for the maintenance and operation of Steam Turbine are provided.

Key words: steam turbine generator sets;real-time monitoring;vibration analysis;fault diagnosis

大型汽輪發(fā)電機(jī)組已成為我國電網(wǎng)的主力機(jī)組，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和特殊的運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致故障時(shí)有發(fā)生，尤其是振動(dòng)問題。盡管一般大型機(jī)組都會(huì)安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表(TSI)，但該設(shè)備功能相對(duì)簡單，對(duì)于振動(dòng)異常問題，并不能提供強(qiáng)有力的有效分析手段，因此，安裝振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)對(duì)于機(jī)組安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)站、數(shù)據(jù)采集站和分析診斷站等部分組成。系統(tǒng)通過能數(shù)據(jù)采集站連續(xù)在線采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)波形數(shù)據(jù)，分別在本地監(jiān)測(cè)診斷節(jié)點(diǎn)站和遠(yuǎn)程診斷中心站進(jìn)行設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和設(shè)備的管理與控制。系統(tǒng)通過局域網(wǎng)、通訊微機(jī)、MODEM和電話網(wǎng)，把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程診斷中心站作進(jìn)一步的分析診斷，也可把遠(yuǎn)程中心的分析結(jié)果傳送到現(xiàn)場(chǎng)。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成(如圖1):本地監(jiān)測(cè)系統(tǒng);數(shù)據(jù)通信系統(tǒng);遠(yuǎn)程分析系統(tǒng)。

系統(tǒng)可連續(xù)在線采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)波形數(shù)據(jù)、分別在本地監(jiān)測(cè)診斷節(jié)點(diǎn)站和遠(yuǎn)程診斷中心站進(jìn)行設(shè)備振動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷。根據(jù)需要系統(tǒng)可通過通訊微機(jī)、MODEM或Internet網(wǎng)，把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程診斷中心站作進(jìn)一步的分析判斷，也可把遠(yuǎn)程中心分析結(jié)果傳送到現(xiàn)場(chǎng)。

2 本地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)基本配置包括傳感器、數(shù)據(jù)采集站、工程師站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。系統(tǒng)采用分布式模式構(gòu)建，分為設(shè)備層、通訊層和功能層三層結(jié)構(gòu)。傳感器和數(shù)據(jù)采集站組成了設(shè)備層，工程師站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成了功能層。

2.1 設(shè)備層

設(shè)備層也是系統(tǒng)的硬件部分，直接面向機(jī)組設(shè)備，以數(shù)據(jù)采集為核心，通過采樣驅(qū)動(dòng)程序，完成各通道的數(shù)據(jù)采集，并與功能層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行雙向通訊，上傳采樣數(shù)據(jù)，為上層系統(tǒng)提供可靠的實(shí)時(shí)信息。

傳感器群負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)原始信號(hào)的拾取、傳送，既包括了各軸振、瓦振信號(hào)，又包括了與振動(dòng)相關(guān)的一些過程量(如差脹、軸向位移等)。對(duì)于裝有機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)(TSI)的機(jī)組無須安裝振動(dòng)傳感器。

數(shù)據(jù)采集站實(shí)現(xiàn)機(jī)組數(shù)據(jù)采集功能，采集站由前置信號(hào)處理器和數(shù)據(jù)采集工控機(jī)組成。前置信號(hào)處理器從傳感器群接入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，對(duì)來自現(xiàn)場(chǎng)傳感器群的振動(dòng)和相關(guān)過程信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波、抗混濾波、積分、衰減/放大、整形等調(diào)理，使得這些信號(hào)變?yōu)閿?shù)據(jù)采集板能直接采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集工控機(jī)選用DAQ2205A/D板作為數(shù)據(jù)采集板。該采集板為一款基于32位PCI總線的高性能、功能強(qiáng)大的采集板，允許信號(hào)64路單端輸入或32路雙端輸入方式;采集板輸入端子為兩個(gè)SCSIV68接口，上面接口為振動(dòng)量和過程量信號(hào)輸入口，下面接口為鍵相、轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入口;采集板具有成組觸發(fā)采樣功能，能很好的實(shí)現(xiàn)同步整周期方式采樣。數(shù)據(jù)采集工控機(jī)接受前置信號(hào)處理器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，完成數(shù)據(jù)采集，對(duì)各信號(hào)進(jìn)行初步處理，并定時(shí)將采集數(shù)據(jù)上傳。前置信號(hào)處理器的所有振動(dòng)信號(hào)以及部分過程量信號(hào)來自電廠BENTLYY3500系統(tǒng)，其余的過程量信號(hào)則為來自現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)變送器輸出的1-5V或4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

數(shù)據(jù)采集站功能主要分成四部分:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)雙向通訊、振動(dòng)實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)啟停機(jī)。

2.2 功能層

功能層對(duì)采集信息進(jìn)行分析處理，主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、狀態(tài)分析、故障診斷等功能，是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

工程師站為廠局域網(wǎng)內(nèi)任一臺(tái)機(jī)組，可運(yùn)行振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與分析軟件，具有豐富的圖形顯示和較強(qiáng)的分析處理功能。軟件采用Borland C++ Builder6.0為開發(fā)工具，綜合應(yīng)用了匯編語言、動(dòng)態(tài)鏈接庫、多線程、圖形處理、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。在底層控制軟件上應(yīng)用了匯編語言和調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫與底層交換信息;上層軟件既要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集又要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和處理數(shù)據(jù)，需要多線程來控制，即啟動(dòng)主線程之后啟動(dòng)輔助線程。程序中創(chuàng)建了一個(gè)新線程文件CollectionThread.cpp來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。軟件安裝后供運(yùn)行人員在線監(jiān)控機(jī)組振動(dòng)情況，軟件功能主要有:系統(tǒng)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析、啟停機(jī)記錄分析、故障記錄分析、報(bào)表與統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)參數(shù)配置關(guān)系到數(shù)據(jù)的采集以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)置時(shí)一定要慎重。當(dāng)系統(tǒng)硬件已經(jīng)安裝完畢，則參數(shù)的配置一定要與硬件配置保持一致，否則系統(tǒng)不能正常工作。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分包括實(shí)時(shí)振動(dòng)棒圖、振動(dòng)波形圖(圖2)、振動(dòng)趨勢(shì)分析、振動(dòng)報(bào)警監(jiān)視、頻譜分析、軸心軌跡(圖3)、相關(guān)分析等。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲(chǔ)全廠所有機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)和相關(guān)過程參數(shù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。其上運(yùn)行振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與分析軟件與故障診斷軟件。此外，與設(shè)備層的通訊以及與其他系統(tǒng)(如MIS系統(tǒng)等)的通訊也在其上完成。

3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，本地監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)中工作站與服務(wù)器間距離短的用網(wǎng)卡組成局域網(wǎng)系統(tǒng)，距離長的用MODEM組成局域遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)或通過Internet組成廣域監(jiān)控診斷系統(tǒng)。而與診斷中心服務(wù)器的互連采用基于Internet的連接，使得本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的開放性和擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)通訊接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備層與功能層間的正常通訊，通過以太局域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)采集站所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并保存，同時(shí)將系統(tǒng)組態(tài)信息動(dòng)態(tài)下載到數(shù)據(jù)采集站，決定采集站的采集狀態(tài)和采集方式;實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與廠MIS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交流，達(dá)到數(shù)據(jù)共享目的。

4 遠(yuǎn)程分析系統(tǒng)

遠(yuǎn)程診斷中心是一個(gè)小局域網(wǎng)，由幾臺(tái)PC機(jī)組成了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能診斷專家系統(tǒng)。它通過Internet與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)分析多臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，提供豐富的振動(dòng)分析軟件和故障診斷知識(shí)庫，并利用功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理軟件，對(duì)各種原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、備份管理。

系統(tǒng)提供了多種時(shí)域、頻域以及趨勢(shì)信號(hào)分析算法，對(duì)數(shù)據(jù)庫里的歷史數(shù)據(jù)和啟停機(jī)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，并以直觀的分析圖表顯示，以掌握設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)和變化趨勢(shì)。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、性能分析、故障診斷、人工智能等技術(shù)于一體綜合信息處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。通過與Internet 的連接，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷。可提高實(shí)時(shí)處理效率和分析診斷的準(zhǔn)確性，為運(yùn)行人員和設(shè)備管理工程師提供了設(shè)備運(yùn)行狀況的科學(xué)依據(jù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，保證設(shè)備安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。該系統(tǒng)界面友好，使用簡單方便。

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