大中型火電機(jī)組輔機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)改造及實(shí)現(xiàn)

閻濤

（大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，黑龍江 大慶 163314）

1 概述

當(dāng)今，大中型火力發(fā)電廠主機(jī)已經(jīng)成功地進(jìn)行了DCS、DEH控制系統(tǒng)的改造，使得主機(jī)設(shè)備和控制系統(tǒng)較為先進(jìn)，但是，輔機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)診斷水平仍然處于八十年代水平，顯現(xiàn)了先進(jìn)的主機(jī)設(shè)備監(jiān)控與落后的輔機(jī)設(shè)備管理不協(xié)調(diào)的局面。為此，經(jīng)過(guò)我們的論證分析后，在油田熱電廠#1機(jī)組（單機(jī)功率在200MW）實(shí)施了“火電機(jī)組輔機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)”技術(shù)改造。

目前，主輔設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的薄弱環(huán)節(jié)恰恰是輔機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。而輔機(jī)監(jiān)測(cè)的主要信息是振動(dòng)信息以及溫度信息。我廠輔機(jī)設(shè)備的現(xiàn)狀：輔機(jī)工況環(huán)境惡劣，監(jiān)測(cè)手段大都停留在人工主觀經(jīng)驗(yàn)判斷或依靠人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方式采集信息，這種方式存在信息量小、信息誤差大，維護(hù)管理水平效率低下等問(wèn)題。另外，這種現(xiàn)狀對(duì)于電廠風(fēng)機(jī)、給水泵、磨煤機(jī)等重要輔機(jī)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行非常不利，這將直接關(guān)系到電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、故障診斷是具有非常重要的意義。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我廠每年由于輔機(jī)振動(dòng)造成的燒瓦事故8起，其它輔機(jī)故障13起，每年造成直接經(jīng)濟(jì)損失近20萬(wàn)元，并且，也影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，間接的經(jīng)濟(jì)損失也是巨大的。又如：元寶山電廠、雙遼電廠的輔機(jī)飛車(chē)事故，就是因?yàn)闆](méi)有輔機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)手段，才造成巨大的損失。為此，設(shè)計(jì)安裝輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)勢(shì)在必行，系統(tǒng)實(shí)施后，可以最大限度地避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。

我們這次開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)由振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等多種傳感器、以及多通道信號(hào)變換器和在線數(shù)據(jù)采集模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換卡、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 在本次輔機(jī)在線監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們采用DSP技術(shù)和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控）技術(shù)相結(jié)合的方案，各個(gè)輔機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集采用模塊化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸采用總線傳輸式設(shè)計(jì)。不僅可以節(jié)省大量的電纜，而且能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒓皶r(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.2 在輔機(jī)監(jiān)控管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了c++、java和數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件技術(shù)，設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)界面、優(yōu)異的系統(tǒng)構(gòu)架、利用豐富的圖形、圖表，多層次、交互式、立體化地展示設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀、歷史數(shù)據(jù)、發(fā)展趨勢(shì)等信息化處理功能。

2.3 在專家診斷環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中，我們結(jié)合電廠的實(shí)際情況，專門(mén)開(kāi)發(fā)了專家軟件包系統(tǒng)，通過(guò)頻譜分析法提取出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所涵蓋的更深層次的振動(dòng)信息，使信息價(jià)值的利用大幅提高。

2.4 在數(shù)據(jù)發(fā)布方案的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)站.Net部分由C#語(yǔ)言編寫(xiě)，與硬件通信部分由一塊PCI接口的CAN總線板卡實(shí)現(xiàn)。該卡與總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊，并提供相應(yīng)的API接口將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在廠局域網(wǎng)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)資源共享。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)與采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)。

2.6 下位機(jī)采集模塊采用DSP技術(shù)，16位A/D采樣，單點(diǎn)采樣率大于100KHz，將振動(dòng)、噪音、溫度、電流等信號(hào)分別進(jìn)行處理和采集。采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和整合。每一個(gè)采集模塊安裝在一個(gè)金屬密封盒中，抗干擾、防潮濕達(dá)到IP65標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 輔機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

采集模件I/O模塊通道：16路；采集模件過(guò)程數(shù)據(jù)最大處理量：1024點(diǎn)；采集模件參數(shù)數(shù)據(jù)最大處理量：512點(diǎn)；歷史數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)3個(gè)月；模塊標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出：4~20mA；振動(dòng)測(cè)試范圍：0~2000μm；頻響特性：1Hz~10KHz；繼電器輸出接點(diǎn)容量：DC24V/3A，AC220V/1A；支持CAN總線通訊協(xié)議。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)以及解決的主要問(wèn)題

開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)軟件包，透過(guò)振動(dòng)信息的表層提取基于頻譜分析法所涵蓋的更深層次的振動(dòng)信息，使信息的利用大幅提高。

在數(shù)據(jù)發(fā)布方案的設(shè)計(jì)中，可接入DCS，并可通過(guò)廠MIS，將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在廠局域網(wǎng)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)資源共享。

CAN（現(xiàn)場(chǎng)總線）技術(shù)的應(yīng)用，充分利用CAN總線利用率高、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、可靠性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

信號(hào)處理模塊CPU采用DSP處理器，提高信號(hào)采集精度與速度。

提供強(qiáng)大的故障診斷專家系統(tǒng)判據(jù)及大量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)故障圖庫(kù)。

振動(dòng)情況分析

我們知道振動(dòng)超標(biāo)一直是轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備難于解決的技術(shù)難題，用什么來(lái)量化振動(dòng)的指標(biāo)，是有效值還是峰-峰值？怎樣進(jìn)行頻譜分析更科學(xué)？經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最后我們采用振動(dòng)的峰-峰值來(lái)量化振動(dòng)的指標(biāo)，結(jié)合頻響曲線對(duì)頻譜進(jìn)行分析取得了良好效果。具體情況如下圖。

5 故障診斷

電廠各種類輔機(jī)采用速度傳感器進(jìn)行在線檢測(cè)，并利用振動(dòng)波形及頻譜進(jìn)行故障原因分析。

故障診斷系統(tǒng)根據(jù)實(shí)例圖形與典型故障圖形進(jìn)行對(duì)比分析后確定故障原因。

5.1 水泵、風(fēng)機(jī)故障診斷

不平衡故障；不對(duì)中故障；軸頸與軸瓦摩擦；軸與葉輪松動(dòng)；軸瓦枕斷裂故障；基礎(chǔ)松動(dòng)故障；軸承蓋上螺栓松動(dòng)故障；煙機(jī)殼體變形故障；由于軸承熱膨脹不均造成振動(dòng)故障。

5.2 電動(dòng)機(jī)故障診斷

電機(jī)靜止氣隙間隙增加故障；電機(jī)（鼠籠式）鑄條斷裂故障；動(dòng)態(tài)偏心增加；滾動(dòng)軸承故障根據(jù)滾動(dòng)軸承的幾何尺寸計(jì)算各種故障的特征頻率，然后把實(shí)例頻率與特征頻率對(duì)比，兩者重合或接近的那個(gè)頻率代表發(fā)生故障（部位）頻率，從而找到發(fā)生故障部位，詳見(jiàn)下某軸承故障特征頻率表。

根據(jù)實(shí)測(cè)頻譜圖中的各種頻率值對(duì)照特征頻率值，最后確定故障原因是外圈發(fā)生故障。

6 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

根據(jù)我廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：由于監(jiān)控不到，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，每年將造成的8次以上輔機(jī)軸瓦等設(shè)被損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失13萬(wàn)元。該項(xiàng)目投入運(yùn)行后，將會(huì)減少經(jīng)濟(jì)損失近13萬(wàn)元/每年，3到5年收回投資。

系統(tǒng)投入后，大大降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且對(duì)于事故的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理以及事故的分析都具有重大的意義。

7 應(yīng)用前景

輔機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)充分應(yīng)用先進(jìn)的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控技術(shù)），現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊替代監(jiān)控儀表或單元組合監(jiān)控裝置，現(xiàn)場(chǎng)模塊靈活方便的就地分散安裝，不需要眾多I/O機(jī)柜；監(jiān)測(cè)信息通過(guò)共用數(shù)字總線進(jìn)行信息傳輸，不需要敷設(shè)大量電纜，安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單、易行。數(shù)字信息傳輸?shù)馁|(zhì)量是模擬信息傳輸無(wú)法相比的。模塊化、總線式輔機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，后續(xù)新增監(jiān)控點(diǎn)，只需增加相應(yīng)模塊和修改系統(tǒng)配置參數(shù)即可。

該系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)、總線通信方式等先進(jìn)技術(shù)，具有良好的擴(kuò)展性和升級(jí)能力，完全可以在國(guó)內(nèi)同類型200MW機(jī)組中推廣。

[1]秦建明,范鑫.汽輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程分析系統(tǒng).期刊論文.船海工程2009

[2]原國(guó)成等.電廠輔機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究.期刊論文.黑龍江電力2007.