祁月明

（內(nèi)蒙古蒙西水泥股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016014）

0 前言

隨著電力工業(yè)的不斷快速發(fā)展，達(dá)到百萬千瓦級(jí)功率的電廠也不斷涌現(xiàn)。由此也帶來了一些問題：一方面，單機(jī)容量的增加使得大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，也就更容易發(fā)生震動(dòng)故障；另一方面，現(xiàn)役機(jī)組的老化時(shí)常帶來一些突發(fā)事故，甚至引發(fā)部分原有的故障進(jìn)一步擴(kuò)大，最終造成設(shè)備報(bào)廢、人員傷亡的災(zāi)難性事故。針對(duì)這一現(xiàn)象，國家有關(guān)部門通過進(jìn)口大批振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的措施解決了振動(dòng)監(jiān)測(cè)的問題?？墒牵摤F(xiàn)象的最大難題是怎樣從監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)中快速的分析出機(jī)組振動(dòng)大的真正原因。因此，如何實(shí)現(xiàn)在線診斷振動(dòng)故障，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組長期安全運(yùn)行的重要保障。

1 NS2100大型汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷分析系統(tǒng)

由于我國用電的需要和資金制約,降低老機(jī)組故障發(fā)生率,延長老機(jī)組的使用壽命是非常重要的。目前在國內(nèi)電廠各類大型汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)測(cè)方面,部分機(jī)組只裝有汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)，只是簡單的通過連續(xù)監(jiān)視汽輪機(jī)狀態(tài)機(jī)械參數(shù),并檢測(cè)過程量達(dá)到報(bào)警、停機(jī)值時(shí)輸出相應(yīng)的報(bào)警、停機(jī)信號(hào)的系統(tǒng)。

電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，各種診斷理論的不斷完善，為大中型機(jī)組進(jìn)行在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)提供了廣闊的技術(shù)空間。電廠級(jí)別MIS系統(tǒng)的建設(shè)，為振動(dòng)監(jiān)測(cè)、分析、診斷、保護(hù)提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)資源，使得企業(yè)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)專家、技術(shù)人員都可以隨時(shí)在提供網(wǎng)絡(luò)接入的終端對(duì)當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、分析和診斷。

國旋新力公司推出的MV-NS2100大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線管理系統(tǒng)（以下簡稱 NS2100 系統(tǒng)）是集監(jiān)測(cè)（TSI）、保護(hù)(ETS)、故障診斷分析(TDM)及事故追憶(SOE)高度一體化的系統(tǒng)，為華能烏海熱電廠200MW汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和故障預(yù)警提供全面保護(hù)。

2 NS2100系統(tǒng)功能

NS2100振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 NS2100振動(dòng)檢測(cè)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

NS2100振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)均具有以下功能：

2.1 輸入信號(hào)

可輸入鍵相信號(hào)（脈沖信號(hào)）、振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)速及其他信號(hào)，機(jī)組的有功和無功也可輸入。

2.2 適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)在線采樣和顯示

根據(jù)對(duì)輸入信號(hào)的研究，可以自動(dòng)的識(shí)別集速度、速度、帶負(fù)荷和工作，與此同時(shí)，按照不同的采樣速度和方式的前提下，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、分析和儲(chǔ)存。

2.3 振動(dòng)信號(hào)分析

具有快速傅立葉變換(FFT)使時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào),進(jìn)而得到功率譜。按時(shí)、準(zhǔn)確地確定軸系非穩(wěn)態(tài)油膜振蕩或振動(dòng)。高次諧波共振故障診斷占據(jù)關(guān)鍵地位。

2.4 機(jī)組升、降速(即瞬態(tài))振動(dòng)數(shù)據(jù)整理、探索以及存儲(chǔ)

機(jī)組升、降速時(shí)依靠轉(zhuǎn)速變化率實(shí)施信息采集,除了存儲(chǔ)振動(dòng)諧波分量以外還存儲(chǔ)振動(dòng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，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(biāo)圖。

2.5 機(jī)組日常運(yùn)行（即穩(wěn)態(tài)）振動(dòng)數(shù)據(jù)采樣、分析、存儲(chǔ)

在日常工作過程中，不斷的通過振動(dòng)數(shù)據(jù)來采樣、分析，并定時(shí)地存儲(chǔ)所采集數(shù)據(jù)，已達(dá)到完善歷史資料的程度。建立年、月、周、日、小時(shí)的運(yùn)行資料，用于趨勢(shì)圖的繪制和核對(duì)振動(dòng)故障時(shí)所需要的歷史資料。

2.6 報(bào)警、危急識(shí)別和事故追憶

振動(dòng)故障的原始波形動(dòng)態(tài)信號(hào)將被轉(zhuǎn)移到溢出和臨界采樣、存儲(chǔ)，并且它可以識(shí)別出機(jī)關(guān)的報(bào)警信號(hào)。它還可以用來實(shí)現(xiàn)詳細(xì)的頻譜分析，繪制波形圖、三維頻譜圖和軸心軌跡圖、趨勢(shì)分析。同時(shí)能夠通過振動(dòng)故障的原始信息收集提供重要數(shù)據(jù)振動(dòng)故障

2.7 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

自動(dòng)識(shí)別操作的狀態(tài)和時(shí)間并對(duì)之進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，按照年、月、日、小時(shí)這樣的時(shí)間單位形式來存儲(chǔ)文件以便用作分析趨勢(shì)。

2.8 報(bào)告和報(bào)表輸出

可打印輸出報(bào)表、波形和頻譜圖。

2.9 振動(dòng)特征分析

通過對(duì)以上數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以對(duì)機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行初步的分析和處理，尋找機(jī)組故障原因。

（1）升、降速數(shù)據(jù)分析(即瞬態(tài)數(shù)據(jù))可以繪制伯德圖、極坐標(biāo)圖、級(jí)聯(lián)圖、波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖。如下列圖表所示。

（2）日常運(yùn)行數(shù)據(jù)分析(即穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù))可以繪制趨勢(shì)圖、快速趨勢(shì)圖、三維頻譜圖、頻譜圖。

（3）超限、危急數(shù)據(jù)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(dòng)報(bào)表的打印輸出。

（5）報(bào)警事件列表?？奢敵龈髋_(tái)機(jī)組報(bào)警發(fā)生的日期、時(shí)間、運(yùn)行轉(zhuǎn)速和運(yùn)行狀態(tài)，建立機(jī)組振動(dòng)故障的檔案。

（6）可輸出顯示的圖形有：

圖2 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸瓦分布及瓦振圖

2.10 故障專家?guī)煸\斷功能

通過對(duì)以上圖表的分析，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷?？稍\斷的故障有不平衡、初始彎曲、熱彎曲、對(duì)中度不好、軸瓦不穩(wěn)定、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、汽流激振、電磁激振、摩擦、軸瓦松動(dòng)、共振或高次諧波共振等。

圖3 機(jī)組升、降速伯德圖

圖4 機(jī)組升、降速三維頻譜圖

2.11 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷功能

根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和知識(shí)推理的理論來講，組成因素分為：五個(gè)庫和五個(gè)功能模塊。在分析研究的基礎(chǔ)上,各種異常癥狀的特征提取旋轉(zhuǎn)機(jī)械，識(shí)別異常的原因和位置,并給出了解決方案。

2.12 轉(zhuǎn)子平衡重量計(jì)算

系統(tǒng)配備了轉(zhuǎn)速的多個(gè)平面多點(diǎn)最小二乘方法,影響系數(shù)法,如振動(dòng)平衡重量計(jì)算程序，它可以使轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)和軸承相同的相位和反相成分分析的振動(dòng)，提供軸沒有影響系數(shù)和影響系數(shù)的軸系統(tǒng)振動(dòng)當(dāng)平衡重量,并估算其剩余振動(dòng)后加重

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的作用和意義

振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)速度、載荷、日常操作和負(fù)荷下,慢下來,停止在各種操作條件如全方位的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄歷史數(shù)據(jù)，可能發(fā)生在單位時(shí)振動(dòng)故障的初步結(jié)論通過分析數(shù)據(jù)，指導(dǎo)檢修人員到單位對(duì)機(jī)器進(jìn)行處理，并估算處理后機(jī)組的殘余振動(dòng)。因此，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。

對(duì)電廠而言，NS2100大型汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷分析系統(tǒng)投入運(yùn)行后有如下作用：

（1）提前做好故障存在和發(fā)展的預(yù)計(jì)工作，并在此基礎(chǔ)上找出故障出現(xiàn)的原因以及類型，然后根據(jù)結(jié)果及時(shí)制定檢驗(yàn)修理步驟和計(jì)劃，在保證工作質(zhì)量的前提下，合理壓縮檢修時(shí)間，降低維修所需費(fèi)用；

（2）適當(dāng)并及時(shí)準(zhǔn)確的記錄故障信息，避免因?yàn)閷ふ也坏綑C(jī)組振動(dòng)的故障而引起的重復(fù)啟停機(jī)試驗(yàn)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性，使機(jī)組盡快正常運(yùn)行；

（3）準(zhǔn)確地提供不平衡振動(dòng)的幅值和相位，減少找動(dòng)平衡的停機(jī)次數(shù)，可以節(jié)約機(jī)組啟動(dòng)費(fèi)用。

NS2100系統(tǒng)分析的失效機(jī)理和應(yīng)用到故障診斷系統(tǒng)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的潛在故障,以防止不必要的重大惡性事故的發(fā)生,最終達(dá)到提高大型機(jī)組在運(yùn)行期間的安全性與可靠性目的。因此,系統(tǒng)的故障機(jī)理及診斷技術(shù)將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益為發(fā)電廠。

［1］谷俊杰,等.汽輪機(jī)控制,監(jiān)視與保護(hù)[M].中國電力出版社,2002.

［2］謝伯曾.汽輪機(jī)熱工監(jiān)視與保護(hù)[M].水利電力出版社,1990.

［3］黃秀珠.大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障特征分析與診斷[J].國家電力公司熱工研究院技術(shù)資料,1996.