主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

田建勇，郭 濤

(國家電投集團(tuán)河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

田建勇，郭 濤

(國家電投集團(tuán)河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

介紹了發(fā)電企業(yè)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過對(duì)比發(fā)電企業(yè)主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測情況，歸納和總結(jié)開發(fā)主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的必要性，推進(jìn)發(fā)電企業(yè)主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用，有效提高發(fā)電企業(yè)檢修管理水平和設(shè)備健康水平。

主輔機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測；評(píng)估系統(tǒng)；振動(dòng)數(shù)據(jù)；鏡像服務(wù)器

0 引言

隨著發(fā)電企業(yè)自動(dòng)化和信息化程度的不斷提高，設(shè)備狀態(tài)檢修模式已被越來越多的企業(yè)認(rèn)可和接受，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在很多發(fā)電企業(yè)陸續(xù)投入使用。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測可采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，利用軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)測，對(duì)設(shè)備劣化趨勢(shì)及狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)設(shè)備異常進(jìn)行分析和判斷。由于受到發(fā)電企業(yè)設(shè)備種類繁多、工況復(fù)雜、模型準(zhǔn)確性不高等因素制約，目前設(shè)備狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)并未能與發(fā)電企業(yè)所有設(shè)備類型達(dá)到完美兼容。

1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測在主輔機(jī)上的應(yīng)用

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)主要依托大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的積累、針對(duì)性模型和平臺(tái)的建立、設(shè)備管理人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、詳實(shí)有效的設(shè)備資料和良好的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。就實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測所需要滿足的條件來說，大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的積累，以現(xiàn)有的DCS(Distributed?Control?System，分散控制系統(tǒng))或者SIS(Supervisory?Information?System，廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng))就可以實(shí)現(xiàn)；詳實(shí)有效的設(shè)備資料和成熟豐富的設(shè)備管理人員經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電企業(yè)也能充分響應(yīng)。當(dāng)前情況下實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的難點(diǎn)就在于選擇合適的平臺(tái)和準(zhǔn)確的設(shè)備模型，以及對(duì)于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的良好推廣和應(yīng)用。由于發(fā)電企業(yè)設(shè)備種類繁多，設(shè)備工作原理和工作方式復(fù)雜，因此有關(guān)發(fā)電企業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型的開發(fā)和應(yīng)用尚未有重大突破。

近年來，隨著發(fā)電企業(yè)經(jīng)營形勢(shì)的變化，機(jī)組設(shè)備的檢修模式從計(jì)劃性檢修向狀態(tài)檢修過渡，發(fā)電企業(yè)將更多的注意力投向了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。但是受到設(shè)備測點(diǎn)數(shù)量、狀態(tài)監(jiān)測模型構(gòu)建和平臺(tái)開發(fā)的限制，目前設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要集中在主機(jī)設(shè)備上，如TDM(Turbine?Dignosis?Managment，旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷監(jiān)測管理系統(tǒng))。TDM系統(tǒng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速、振動(dòng)波形、頻譜、倍頻的幅值和相位等故障特征數(shù)據(jù)的分析，為故障診斷人員提供了數(shù)據(jù)及圖譜工具，可協(xié)助診斷專家深入分析機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，已在發(fā)電企業(yè)得到普遍應(yīng)用。

因輔助設(shè)備種類繁多且生產(chǎn)廠家不同所造成的技術(shù)指標(biāo)差異，輔助設(shè)備受重視程度不足和測量監(jiān)測儀表配備有限，造成了輔機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)程度有限，在發(fā)電企業(yè)中應(yīng)用實(shí)例也偏少。

2 主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的必要性

目前，TDM系統(tǒng)無論在技術(shù)方案、監(jiān)測手段、分析工具，還是在理論依據(jù)等方面，都已經(jīng)有了較為充分的發(fā)展。TDM系統(tǒng)之所以能夠得到如此廣泛的推廣和應(yīng)用，主要是基于汽輪機(jī)作為發(fā)電企業(yè)的主要設(shè)備，同時(shí)其配備的測點(diǎn)數(shù)量足以滿足支撐狀態(tài)監(jiān)測和分析工作開展，受重視程度也高于其他的輔助設(shè)備。

傳統(tǒng)的TDM系統(tǒng)側(cè)重于在線監(jiān)測，狀態(tài)評(píng)估不是其主要功能目標(biāo)。很多TDM系統(tǒng)配置簡單，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間短，部分系統(tǒng)僅僅存儲(chǔ)部分特征指標(biāo)數(shù)據(jù)而非全部的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)樣本，分析工具僅限于在線監(jiān)測，而不能提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模型的構(gòu)建和對(duì)長期樣本數(shù)據(jù)的分析功能。

發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備繁多，除鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等主機(jī)設(shè)備外，還包括鍋爐側(cè)的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)以及汽機(jī)側(cè)的給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、抗燃油泵、潤滑油泵等眾多輔機(jī)。這些設(shè)備大多屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，工作原理相近，軸承支撐及潤滑方式相似，故障的機(jī)理和特征也相近，與汽輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和分析機(jī)理類似，但對(duì)比主機(jī)設(shè)備明顯存在監(jiān)測設(shè)備和手段短缺的情況。依靠這些設(shè)備自身附帶的有限監(jiān)測儀表和所在系統(tǒng)中的部分測點(diǎn)(壓力、溫度等)來進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，僅能反映出該設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行情況，不具備故障診斷和提取故障特征的功能，也不能滿足現(xiàn)代化大型生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和檢修要求。

在當(dāng)前形勢(shì)下，面對(duì)發(fā)電企業(yè)長周期連續(xù)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求，輔機(jī)故障引起機(jī)組被迫停運(yùn)或連鎖保護(hù)動(dòng)作的矛盾日益突出。提高主輔機(jī)運(yùn)行可靠性和降低突發(fā)性故障發(fā)生率的需求不斷高漲，開發(fā)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺(tái)下的主輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)勢(shì)在必行。

3 主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

要開發(fā)主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)，就必須對(duì)其有明確的規(guī)劃。首先要明確狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)實(shí)施對(duì)象的選取原則，其次要明確狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)所使用的技術(shù)路線，再次是狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)如何有效利用。只有明確以上問題，才能保證在后續(xù)開發(fā)過程中有針對(duì)性和指向性，保證實(shí)施的計(jì)劃性和準(zhǔn)確性。這也是主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)能夠有效順利開發(fā)和應(yīng)用的根本保障。

3.1 狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)實(shí)施對(duì)象的選取原則

發(fā)電企業(yè)輔機(jī)設(shè)備按照其在生產(chǎn)過程中所承擔(dān)任務(wù)的重要程度，可以分為主機(jī)、重要輔機(jī)和一般輔機(jī)。主機(jī)主要包括汽輪機(jī)、鍋爐、電氣系統(tǒng)等設(shè)備。重要輔機(jī)包括風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等對(duì)機(jī)組運(yùn)行起著至關(guān)重要作用的輔機(jī)，其工作原理主要是以電能帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械進(jìn)行工作并提供生產(chǎn)過程所需的風(fēng)、水、油等介質(zhì)或介質(zhì)工作所需要的動(dòng)力。發(fā)電企業(yè)對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的故障預(yù)處理和分析判斷已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此在主機(jī)狀態(tài)檢修管理的基礎(chǔ)上，在引入輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)之初，選取重要程度高、工作機(jī)理和故障排查可能性強(qiáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械作為輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)象，形成輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測工作的突破口，是切實(shí)可行的。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的技術(shù)路線

隨著智能檢測技術(shù)在發(fā)電企業(yè)的應(yīng)用，機(jī)組和設(shè)備監(jiān)控手段越來越豐富，除傳統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械外，斷路器、開關(guān)柜、變壓器等設(shè)備的故障在線診斷手段已經(jīng)逐步在發(fā)電企業(yè)投入使用。但受限于模型建立和長期數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)程度，還不具備故障提前預(yù)警和劣化趨勢(shì)分析的功能。由于輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)更偏重于數(shù)據(jù)長期積累和預(yù)警方面，此類新興技術(shù)尚不具備納入輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的可能。因而將常規(guī)發(fā)電機(jī)組中已經(jīng)成熟的主機(jī)設(shè)備監(jiān)測技術(shù)中的頻譜分析和包絡(luò)分析等技術(shù)手段，作為現(xiàn)階段輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)路線的做法，也是最恰當(dāng)?shù)倪x擇。

3.3 狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的有效利用

狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)作為發(fā)電企業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢修的支持平臺(tái)，如何保證該系統(tǒng)更好地在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，以及更好地為生產(chǎn)經(jīng)營提供管理決策所需要的設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確信息，是在系統(tǒng)開發(fā)之前就應(yīng)該明確下來的。如輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口預(yù)設(shè)，是為了將系統(tǒng)處理結(jié)果送到諸如SIS或者M(jìn)IS(Manager?Information?System，管理信息系統(tǒng))系統(tǒng)中去，同時(shí)接收現(xiàn)場巡點(diǎn)檢系統(tǒng)的信息對(duì)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行充實(shí)。生產(chǎn)管理人員對(duì)于輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的使用，對(duì)輔機(jī)設(shè)備劣化原因分析和故障盡早處理，以及對(duì)輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)的維護(hù)制度制定，是保證輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和評(píng)估系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要前提。只有在這些涉及工作制度和流程的內(nèi)容在系統(tǒng)開發(fā)前就已經(jīng)制定完成，才能保證系統(tǒng)的正常使用和進(jìn)一步的開發(fā)。

3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)

全廠主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由全廠振動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、鏡像服務(wù)器、分布式智能數(shù)據(jù)采集器EVM-24/EVM-8、網(wǎng)站、交換機(jī)、分析軟件、遠(yuǎn)程診斷中心、數(shù)據(jù)通信等組成，如圖1所示。

(1)?EVM-24/EVM-8分布式智能數(shù)據(jù)采集器。基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊，可實(shí)現(xiàn)主輔機(jī)振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、特征參數(shù)計(jì)算與提取，并通過以太網(wǎng)或CAN通信接口將主輔機(jī)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送至全廠振動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器。

圖1 全廠主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(2)?全廠振動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器?；贛ySQL/SQL?Server/Oracle等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立全廠主輔機(jī)設(shè)備長期狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，集中存貯主輔機(jī)設(shè)備工況狀態(tài)數(shù)據(jù)，并為電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、報(bào)警、分析、診斷等提供數(shù)據(jù)接口及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

針對(duì)設(shè)備故障分析與診斷需求，振動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器可連接電廠SIS系統(tǒng)，提取部分重要的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在SIS平臺(tái)上對(duì)全廠主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析。

(3)?全廠振動(dòng)數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器。該服務(wù)器用于遠(yuǎn)程登錄。

(4)?遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。通過電力專用網(wǎng)或公網(wǎng)通道，從SIS端發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)間隔為秒級(jí)，如3?s)至遠(yuǎn)程診斷中心。當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)預(yù)警時(shí)，遠(yuǎn)程診斷中心可登錄廠內(nèi)鏡像服務(wù)器查詢?nèi)珡S主輔機(jī)振動(dòng)實(shí)時(shí)圖譜進(jìn)行深入分析。

整個(gè)系統(tǒng)可以在主機(jī)TDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)和實(shí)施。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心和遠(yuǎn)程診斷中心，建立針對(duì)監(jiān)測對(duì)象的長期振動(dòng)數(shù)據(jù)分析模型，可以更加準(zhǔn)確地分析和判斷設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和狀態(tài)變化趨勢(shì)；同時(shí)還可以結(jié)合遠(yuǎn)程診斷中心提供的專家服務(wù)，提供相應(yīng)的專業(yè)的狀態(tài)監(jiān)測報(bào)告。

系統(tǒng)應(yīng)用層的開發(fā)是運(yùn)用．NET技術(shù)或者J2EE技術(shù)所構(gòu)建的基于B/S架構(gòu)的信息系統(tǒng)平臺(tái)，客戶端直接使用PC端瀏覽器，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)訪問，也可以通過VPN或者其他授權(quán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問?？蛻舳艘部梢圆捎没贑/S架構(gòu)的PC端軟件以及移動(dòng)端的手機(jī)APP方式實(shí)現(xiàn)訪問。

3.5 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

某發(fā)電公司1號(hào)、2號(hào)機(jī)組應(yīng)用了主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與評(píng)估系統(tǒng)，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)分析功能在主輔機(jī)設(shè)備早期故障的發(fā)現(xiàn)、分析、診斷中發(fā)揮了重要作用。圖2為系統(tǒng)某次數(shù)據(jù)采集樣本示例。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集示例

其中，圖2(a)為該系統(tǒng)在某風(fēng)機(jī)設(shè)備滾動(dòng)軸承箱上布置的加速度傳感器測點(diǎn)測得的原始樣本波形(采樣頻率100?kHz，65?536點(diǎn)樣本)。

其中，從圖2(b)可以看出在頻率2?844?Hz處有明顯峰值，同時(shí)該中心頻率周圍有均勻變頻帶。利用系統(tǒng)包絡(luò)分析工具得到圖2(c)所示的包絡(luò)譜(帶通2—4?kHz)，可發(fā)現(xiàn)明顯的滾動(dòng)軸承特征故障頻率(100?Hz)及諧波成分。因其振動(dòng)幅值較小，暫不能確定為設(shè)備故障，但為確定設(shè)備運(yùn)行重點(diǎn)監(jiān)視部件及確定設(shè)備停機(jī)檢修的重點(diǎn)檢查部件提供了重要參考，提高了輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)論

主輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在該發(fā)電公司1號(hào)、2號(hào)機(jī)組上的應(yīng)用，為解決主機(jī)及輔機(jī)振動(dòng)故障提供了技術(shù)支撐，有利于主輔設(shè)備的正常運(yùn)行。運(yùn)行人員可以通過SIS系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷，提前預(yù)測，保證發(fā)電機(jī)組在生產(chǎn)運(yùn)行中主輔機(jī)正常運(yùn)行和故障的預(yù)處理效率，降低機(jī)組因?yàn)橹鬏o機(jī)故障引起的非計(jì)劃停運(yùn)發(fā)生概率，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。

1?張匯軍，孫建勇，許金環(huán)．優(yōu)化檢修在電廠生產(chǎn)中的應(yīng)??用[J]．中國高新技術(shù)企業(yè)，2007，14(15)：87．

郭??濤(1975—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電行業(yè)熱電管理工作。

國網(wǎng)北京市電力公司圓滿完成全國“兩會(huì)”保電工作

3月15日，十二屆全國人大五次會(huì)議在京閉幕，至此2017年全國“兩會(huì)”順利完成全部議程。會(huì)議期間，國網(wǎng)北京市電力公司精心部署，周密組織，全體供電保障人員堅(jiān)守崗位，盡職盡責(zé)，最終實(shí)現(xiàn)了全國“兩會(huì)”供電萬無一失。該公司高度重視，按照“早動(dòng)手、早部署、早落實(shí)”的工作原則，于2016年11月提前啟動(dòng)全國“兩會(huì)”保電籌備工作，按照特級(jí)政治供電任務(wù)工作標(biāo)準(zhǔn)制定了保電籌備工作方案，為會(huì)議保電奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（來源：國家電網(wǎng)公司網(wǎng)站?2017-03-17）

2016-08-11；

2016-12-02。

田建勇(1961—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電行業(yè)熱工專業(yè)技術(shù)管理工作，email：TJYWJY@126.com。