NS2100大型汽輪發電機組監測和分析診斷系統的應用分析

祁月明

（內蒙古蒙西水泥股份有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016014）

0 前言

隨著電力工業的不斷快速發展，達到百萬千瓦級功率的電廠也不斷涌現。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電機組軸系的結構變得更加復雜，也就更容易發生震動故障；另一方面，現役機組的老化時常帶來一些突發事故，甚至引發部分原有的故障進一步擴大，最終造成設備報廢、人員傷亡的災難性事故。針對這一現象，國家有關部門通過進口大批振動監測裝置的措施解決了振動監測的問題?？墒?，該現象的最大難題是怎樣從監測的數據中快速的分析出機組振動大的真正原因。因此，如何實現在線診斷振動故障，是實現機組長期安全運行的重要保障。

1 NS2100大型汽輪發電機組狀態監測和診斷分析系統

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

電子技術、通信技術、網絡技術及計算機軟硬件技術的飛速發展，各種診斷理論的不斷完善，為大中型機組進行在線振動監測和故障診斷技術提供了廣闊的技術空間。電廠級別MIS系統的建設，為振動監測、分析、診斷、保護提供了強大的網絡資源，使得企業各級領導和相關專家、技術人員都可以隨時在提供網絡接入的終端對當前機組的運行狀態進行有效的監測、分析和診斷。

國旋新力公司推出的MV-NS2100大型旋轉機械在線管理系統（以下簡稱 NS2100 系統）是集監測（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，為華能烏海熱電廠200MW汽輪機的安全運行和故障預警提供全面保護。

2 NS2100系統功能

NS2100振動監測分析系統功能結構圖如下：

圖1 NS2100振動檢測分析系統結構圖

NS2100振動監測分析系統均具有以下功能：

2.1 輸入信號

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

2.2 適當的時間內在線采樣和顯示

根據對輸入信號的研究，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)使時域信號轉換為頻域信號,進而得到功率譜。按時、準確地確定軸系非穩態油膜振蕩或振動。高次諧波共振故障診斷占據關鍵地位。

2.4 機組升、降速(即瞬態)振動數據整理、探索以及存儲

機組升、降速時依靠轉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數據，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（即穩態）振動數據采樣、分析、存儲

在日常工作過程中，不斷的通過振動數據來采樣、分析，并定時地存儲所采集數據，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信號將被轉移到溢出和臨界采樣、存儲，并且它可以識別出機關的報警信號。它還可以用來實現詳細的頻譜分析，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據振動故障

2.7 歷史數據存儲

自動識別操作的狀態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

通過對以上數據的監測，振動監測系統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、降速數據分析(即瞬態數據)可以繪制伯德圖、極坐標圖、級聯圖、波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖。如下列圖表所示。

（2）日常運行數據分析(即穩態數據)可以繪制趨勢圖、快速趨勢圖、三維頻譜圖、頻譜圖。

（3）超限、危急數據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生的日期、時間、運行轉速和運行狀態，建立機組振動故障的檔案。

（6）可輸出顯示的圖形有：

圖2 汽輪發電機轉子軸瓦分布及瓦振圖

2.10 故障專家庫診斷功能

通過對以上圖表的分析，振動監測系統還可以實現自動診斷。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 人工神經網絡診斷功能

根據人工神經網絡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。在分析研究的基礎上,各種異常癥狀的特征提取旋轉機械，識別異常的原因和位置,并給出了解決方案。

2.12 轉子平衡重量計算

系統配備了轉速的多個平面多點最小二乘方法,影響系數法,如振動平衡重量計算程序，它可以使轉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和影響系數的軸系統振動當平衡重量,并估算其剩余振動后加重

3 振動監測和故障診斷系統的作用和意義

振動監測系統的蒸汽輪機發電機組在啟動速度、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測和記錄歷史數據，可能發生在單位時振動故障的初步結論通過分析數據，指導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，振動監測系統在火力發電廠中占據著至關重要的地位。

對電廠而言，NS2100大型汽輪發電機組狀態監測和診斷分析系統投入運行后有如下作用：

（1）提前做好故障存在和發展的預計工作，并在此基礎上找出故障出現的原因以及類型，然后根據結果及時制定檢驗修理步驟和計劃，在保證工作質量的前提下，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，可以節約機組啟動費用。

NS2100系統分析的失效機理和應用到故障診斷系統，從而及時發現早期的潛在故障,以防止不必要的重大惡性事故的發生,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,系統的故障機理及診斷技術將帶來巨大的經濟效益為發電廠。

［1］谷俊杰,等.汽輪機控制,監視與保護[M].中國電力出版社,2002.

［2］謝伯曾.汽輪機熱工監視與保護[M].水利電力出版社,1990.

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