電廠重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

溫焱明

（中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528403）

0 引言

對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備整體或其零部件的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行檢查鑒定，以判斷其運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無(wú)異常與劣化征兆，或?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行追蹤，預(yù)測(cè)其劣化趨勢(shì)，確定其劣化及磨損程度等。這種活動(dòng)就稱為狀態(tài)監(jiān)測(cè)（Condition Monitoring）。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的在于掌握設(shè)備發(fā)生故障之前的異常征兆與劣化信息，以便事前采取針對(duì)性措施控制和防止故障的發(fā)生，從而減少故障停機(jī)時(shí)間與停機(jī)損失，降低維修費(fèi)用和提高設(shè)備有效利用率[1]。

電廠重要輔機(jī)的運(yùn)行狀況對(duì)電廠正常運(yùn)營(yíng)中起著舉足輕重的作用。目前，電廠重要輔機(jī)包括高中低給水泵、凝結(jié)水泵、閉式水泵、循環(huán)水泵等，運(yùn)行中只有溫度、壓力、振動(dòng)等監(jiān)測(cè)報(bào)警信號(hào)，沒(méi)有綜合的狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，運(yùn)行中的泵組設(shè)備存在不可預(yù)測(cè)故障損壞的風(fēng)險(xiǎn)。引起重要輔機(jī)異常的原因很多，包括軸承磨損或損壞、聯(lián)軸器不對(duì)中、安裝缺陷等，會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大損失。特別是在當(dāng)前電力市場(chǎng)改革的背景下，機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)故障將面臨嚴(yán)厲的經(jīng)濟(jì)考核，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更加迫切的需求。因此，有必要對(duì)重要輔機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，保護(hù)以及故障診斷分析，防止安全事故的發(fā)生和設(shè)備的財(cái)產(chǎn)損失。

重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)將通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械本體結(jié)構(gòu)和工作特性的研究，在重要輔機(jī)上安裝壓電式加速度傳感器，監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)部署相應(yīng)的采集器和電纜等，通過(guò)有線方式將重要輔機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳到監(jiān)測(cè)服務(wù)器，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)警、分析和故障診斷。狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)后，能實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的在線狀態(tài)量，對(duì)設(shè)備的異常、故障、振動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定量地掌握作用于機(jī)泵設(shè)備的劣化程度、泵組設(shè)備（零部件）的強(qiáng)度和性能，預(yù)測(cè)設(shè)備（零部件）的可靠性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，保障設(shè)備的運(yùn)行安全。狀態(tài)監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備隱患，為延長(zhǎng)設(shè)備大修周期提供了強(qiáng)有力的支持依據(jù)。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修，提高設(shè)備管理水平。

1 技術(shù)路線選擇

滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要組成部分，同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最容易出現(xiàn)故障的部件之一[2]。滾動(dòng)軸承是泵、電機(jī)和風(fēng)機(jī)的易損件，軸承的故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備劇烈振動(dòng)和噪聲，甚至?xí)鸩考p壞[3]。滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中引起損壞的故障原因：裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良（水分和異物侵入、腐蝕），振動(dòng)大和過(guò)載。因此，軸承的運(yùn)行狀態(tài)，或者說(shuō)如何知道軸承的運(yùn)行狀態(tài)，以及通過(guò)軸承的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)來(lái)獲知軸承運(yùn)行的趨勢(shì)，是輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)方向。隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，取得了大量寶貴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成了一些有效的監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)和方法。

主要檢測(cè)方法是振動(dòng)信號(hào)分析法及油污染分析法（鐵譜分析）。振動(dòng)信號(hào)法主要有峰值檢測(cè)法、崤度檢測(cè)法、頻譜分析法、沖擊脈沖法（SPM）、包絡(luò)解調(diào)分析法、振動(dòng)尖峰能量、PeakVue峰值分析法、軸承故障因子DEF、振動(dòng)高頻濾波檢測(cè)法（LQ方法）等。其中，國(guó)外較為成熟的方案有PeakVue峰值分析法等，國(guó)內(nèi)較為成熟的方案為包絡(luò)解調(diào)分析法等。

本項(xiàng)目研究針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及應(yīng)用需求，選擇振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)早期設(shè)備故障征兆并及時(shí)預(yù)警，提高診斷的可靠性和及時(shí)性。推薦選用PeakVue峰值分析法：PeakVue是捕捉給定時(shí)間間隔里時(shí)域波形峰值的振動(dòng)信號(hào)分析方法[4]。當(dāng)金屬與金屬撞擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生短暫的（＜10ms）應(yīng)力波，其頻帶約在1kHz～50kHz，齒輪和軸承表面缺陷、摩擦磨損、沖擊和早期的疲勞剝落等都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波的頻率會(huì)隨著沖擊狀態(tài)的變化而變化。當(dāng)缺陷發(fā)展，應(yīng)力波的頻率會(huì)降低。PeakVue正是采集和監(jiān)測(cè)這些短暫的應(yīng)力波，獲得峰值及頻率，并轉(zhuǎn)換為“PeakVue時(shí)域波形和頻譜”進(jìn)行分析，關(guān)注早期故障和發(fā)展。

PeakVue是一種用于發(fā)現(xiàn)機(jī)械缺陷（如滾動(dòng)軸承和齒輪故障）的新方法，這類故障原本通過(guò)常規(guī)振動(dòng)分析手段是很難發(fā)現(xiàn)的。即使是特別的手段如解調(diào)，由于依賴于模擬電路，也可能會(huì)捕捉不到這些信號(hào)。PeakVue主要有兩個(gè)方面的加強(qiáng)：

1）數(shù)字信號(hào)處理方法提高了處理速度。

2）超快的采樣頻率可以捕捉到微弱的沖擊信號(hào)。

通過(guò)高達(dá)每秒100,000次的采樣速率，PeakVue技術(shù)不僅可以看到由于沖擊、摩擦、疲勞磨損等產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)，而且可以捕捉到信號(hào)的真實(shí)幅值。這樣PeakVue不僅可以用于自動(dòng)故障檢測(cè)，也可以用于判斷故障的嚴(yán)重程度。PeakVue的幅值與設(shè)備故障嚴(yán)重程度直接相關(guān)。結(jié)合設(shè)備的轉(zhuǎn)速信息，就可以估算出大致的報(bào)警等級(jí)，用于自動(dòng)故障檢測(cè)。

PeakVue信號(hào)處理提供4種強(qiáng)有力的工具來(lái)提供診斷信息：頻譜、趨勢(shì)、波形、自相關(guān)。

頻譜用于診斷，波形用于判斷嚴(yán)重程度，時(shí)域波形峰峰值的趨勢(shì)可以很好地判斷軸承的健康狀態(tài)。自相關(guān)時(shí)域波形可以用于分析包含多個(gè)振動(dòng)來(lái)源的復(fù)雜的時(shí)域波形，如突出低幅值的軸承內(nèi)圈故障，或者從由于潤(rùn)滑不良生成的“噪音”信號(hào)中提取出被淹沒(méi)的沖擊信號(hào)，或者一個(gè)復(fù)雜齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 整體架構(gòu)

通過(guò)對(duì)本體結(jié)構(gòu)和工作特性的研究，部署壓電式加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)服務(wù)器和工作站、監(jiān)測(cè)及診斷軟件。振動(dòng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器之間通過(guò)有線方式連接，為防止影響采集信號(hào)的衰減，數(shù)據(jù)采集設(shè)備將部署在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳送到位于電子間的服務(wù)器。為了提高監(jiān)控效率和數(shù)據(jù)共享程度，項(xiàng)目采用平臺(tái)統(tǒng)一，分布式部署的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠重要輔機(jī)設(shè)備的集中監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)分布式采集器采集后，統(tǒng)一進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和故障診斷分析服務(wù)器，并通過(guò)同一平臺(tái)軟件實(shí)施監(jiān)控和分析，所有監(jiān)控工作站均可實(shí)現(xiàn)對(duì)重要輔機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析、早期預(yù)警和故障的智能診斷。重要輔機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還傳送至現(xiàn)有DCS系統(tǒng)，操作人員在DCS系統(tǒng)畫(huà)面也能夠查看輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)振動(dòng)值、診斷結(jié)果、報(bào)警提醒，在設(shè)備早期預(yù)警或突發(fā)故障時(shí)能及時(shí)進(jìn)行處置，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

2.2 項(xiàng)目目標(biāo)

重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)后，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的在線狀態(tài)量，對(duì)設(shè)備的異常或故障原因及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，定量地掌握作用于泵組設(shè)備的應(yīng)力、劣化程度、泵組設(shè)備（零部件）的強(qiáng)度和性能，預(yù)測(cè)泵組設(shè)備（零部件）的壽命和可靠性等，對(duì)泵組設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，保障泵組設(shè)備的運(yùn)行安全。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和檢修，提高設(shè)備管理水平。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施，推進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，與已有的現(xiàn)場(chǎng)巡檢共同組成設(shè)備管理的多重防護(hù)體系，保障生產(chǎn)安全。同時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是建立智能化電廠的基礎(chǔ)，是智能決策的數(shù)據(jù)來(lái)源。項(xiàng)目建設(shè)需實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)二、三期主要輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

2）利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的隱患，做到及時(shí)維修，避免故障的擴(kuò)大，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3）通過(guò)診斷分析，全面了解主要輔機(jī)備運(yùn)運(yùn)行趨勢(shì)，合理安排庫(kù)存數(shù)量，優(yōu)化備品備件的庫(kù)存數(shù)量。

4）通過(guò)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷和分析，讓管理者認(rèn)清設(shè)備狀態(tài)，掌握設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)；實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障可預(yù)判性，從而達(dá)到預(yù)知維修的目標(biāo)。

5）通過(guò)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力，不斷豐富現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的案例庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，提高系統(tǒng)自診斷的能力和準(zhǔn)確性，同時(shí)利用豐富的知識(shí)庫(kù)，提高設(shè)備管理人員的故障判斷能力，更好地覆蓋廠區(qū)設(shè)備的管理需求。

6）通過(guò)系統(tǒng)強(qiáng)大的分析能力，利用專家?guī)臁咐龓?kù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障點(diǎn)并找到故障原因，并通過(guò)系統(tǒng)自診斷結(jié)果，為檢修方提供設(shè)備檢修指導(dǎo)，縮短檢修時(shí)間，減少檢修成本。

7）逐步降低設(shè)備管理和檢修工作的多變性、標(biāo)準(zhǔn)不確定性，最終減輕設(shè)備管理人員和檢修人員的負(fù)擔(dān)。

8） 通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，可降低設(shè)備突發(fā)故障的概率，減少運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)的壓力，為實(shí)現(xiàn)減少人力投入提供了技術(shù)支持。

9） 輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)增加振動(dòng)傳感器為機(jī)組輔機(jī)設(shè)備提供了更為全面的監(jiān)測(cè)手段，相關(guān)數(shù)據(jù)可為實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)盤(pán)和整機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支撐。

本項(xiàng)目在詳細(xì)了解了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所屬制造商、設(shè)備規(guī)格及型號(hào)和技術(shù)特點(diǎn)后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及振動(dòng)監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求，采用科學(xué)、合理的測(cè)點(diǎn)部署方案，分別安裝數(shù)量不同、種類不同的傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)于無(wú)法使用實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的輔機(jī)，配備便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀器，進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)采集和分析應(yīng)用，并利用便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀將采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，進(jìn)行集中分析和管理。

2.3 系統(tǒng)圖譜分析功能

專門(mén)針對(duì)滾動(dòng)軸承的軸承庫(kù)，軟件可以生成各種故障特征頻率并且生成對(duì)比基線。提供振動(dòng)頻譜分析圖，頻譜圖是采用傅立葉變換把時(shí)域波形的表達(dá)式轉(zhuǎn)換為復(fù)頻域的表達(dá)式，是描述頻率變化和幅度變化的關(guān)系。頻譜分析可對(duì)振動(dòng)在頻域的分布形貌提供直觀的顯示，可很容易地找出振動(dòng)的主要成分，方便分析人員找出機(jī)組振動(dòng)的主要原因[5]。主要的圖譜分析功能如下：

1）圖形化的分析界面，包括總貌圖、分貌圖、波形頻譜圖、包絡(luò)譜圖、趨勢(shì)圖、三維頻譜圖、瀑布圖等分析工具。

2）提供時(shí)域振動(dòng)波形，時(shí)域振動(dòng)波形為各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的實(shí)時(shí)波形曲線，可根據(jù)振動(dòng)波形直觀了解機(jī)組的振動(dòng)概況[5]。

3）通頻及特征故障頻率能量伯德圖，頻段能量譜趨勢(shì)可以通過(guò)系統(tǒng)能量計(jì)算，對(duì)特征故障頻率段的振動(dòng)能量進(jìn)行測(cè)量，有效地對(duì)潛在故障和前期故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4）提供瀑布圖。瀑布圖是將不同時(shí)刻或不同功率及轉(zhuǎn)速下，同一測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜分析圖描繪在同一三維坐標(biāo)系中，可以比較不同時(shí)刻、不同功率或轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組振動(dòng)的變化情況[5]。

5）提供包絡(luò)解調(diào)譜。包絡(luò)解調(diào)譜是對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)分析，從而找出軸承和齒輪的故障特征頻率，對(duì)軸承和齒輪的分析非常有效[6]。

6）提供趨勢(shì)分析圖，以對(duì)比同一測(cè)點(diǎn)振動(dòng)特性的變化。

7）變工況監(jiān)測(cè)：變工況設(shè)備在不區(qū)分工況時(shí)的趨勢(shì)分析意義不大，系統(tǒng)可取變工況設(shè)備在某一個(gè)工況（如某一轉(zhuǎn)速或功率）時(shí)的振幅來(lái)做趨勢(shì)分析，這樣可以排除變工況影響做故障預(yù)測(cè)。

8）階次分析：無(wú)論轉(zhuǎn)速如何變化，可直觀地展示各階次在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)幅值，從而判定各階次的故障嚴(yán)重程度[7]。

9）分頻伯德圖：系統(tǒng)在常規(guī)伯德圖只針對(duì)單一頻率（常見(jiàn)1f）監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)任意倍頻（分倍頻）或任意倍頻段（分倍頻段）的伯德圖進(jìn)行精準(zhǔn)追蹤監(jiān)測(cè)。

10）故障追蹤功能：對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)不僅監(jiān)控通頻值，還可以監(jiān)控192個(gè)特診故障頻率的趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際發(fā)生的故障也可專門(mén)設(shè)定頻段及該頻段的報(bào)警值及危險(xiǎn)值做實(shí)時(shí)追蹤。

11）同界面海量監(jiān)控多臺(tái)機(jī)組振動(dòng)：監(jiān)控界面同時(shí)顯示多達(dá)192臺(tái)泵組同一位置測(cè)點(diǎn)的振幅、時(shí)域波形、頻域波形、時(shí)間三維譜、轉(zhuǎn)速三維譜、伯德圖、趨勢(shì)圖、階次分析等，可直觀瞬時(shí)找出振動(dòng)異常設(shè)備（可節(jié)省95%以上的分析診斷時(shí)間，并有利于提高準(zhǔn)確率，快速確定故障設(shè)備）。

12）同界面海量監(jiān)控多個(gè)特診故障頻率：監(jiān)控界面同時(shí)顯示一個(gè)測(cè)點(diǎn)多達(dá)192個(gè)頻率或頻段的時(shí)域、頻域、振幅、能量譜、趨勢(shì)，可直觀瞬時(shí)找出每類故障的振動(dòng)情況（節(jié)省95%的分析診斷時(shí)間，并有利于提高準(zhǔn)確率，快速確定故障部位和原因）。

13）同界面展示一個(gè)測(cè)點(diǎn)的各種分析功能：監(jiān)控界面同時(shí)顯示一個(gè)測(cè)點(diǎn)的多達(dá)10種分析功能，如同時(shí)顯示有效值、視頻、時(shí)域、頻域、波峰因數(shù)、趨勢(shì)、三維圖、伯德圖等，可針對(duì)一個(gè)部位利用不同分析功能快速分析故障（在同一界面從各個(gè)側(cè)面分析故障，節(jié)省70%時(shí)間并有利于綜合評(píng)估故障，提高準(zhǔn)確率，快速確定故障類型）。

2.4 數(shù)據(jù)共享功能

重要輔機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至現(xiàn)有DCS系統(tǒng)，操作人員在DCS系統(tǒng)畫(huà)面也能夠查看輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)振動(dòng)值、診斷結(jié)果、報(bào)警提醒，在設(shè)備早期預(yù)警或突發(fā)故障時(shí)能及時(shí)停機(jī)，并可在DCS系統(tǒng)上隨時(shí)調(diào)閱和分析歷史數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

電廠重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，支持常用的工業(yè)通訊協(xié)議接口形式，系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口，廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS或者管理信息系統(tǒng)MIS，以及EPM系統(tǒng)可以通過(guò)該接口方便地讀取系統(tǒng)內(nèi)的各種振動(dòng)數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)具備與其他供貨商供貨的控制系統(tǒng)通訊的能力，系統(tǒng)的通訊接口支持RS232，RS485/422和以太網(wǎng)方式連接，使用TCP/IP、MODBUS/MODBUS PLUS通訊協(xié)議，可為上層應(yīng)用提供實(shí)時(shí)的靜態(tài)數(shù)據(jù)集波形數(shù)據(jù)，保障上層應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的二次開(kāi)發(fā)使用。

2.5 預(yù)警與報(bào)警策略

系統(tǒng)預(yù)警采用的是PeakVue分析法。PeakVue分析法是捕捉給定時(shí)間間隔里時(shí)域波形峰值的振動(dòng)信號(hào)分析方法[8]。PeakVue通過(guò)高達(dá)每秒10萬(wàn)次的采樣速率，可以看到由于沖擊、摩擦、疲勞損傷等產(chǎn)生的短暫的應(yīng)力波信號(hào)，獲得峰值及頻率，并轉(zhuǎn)換為“PeakVue時(shí)域波形和頻譜”進(jìn)行分析[9]，不僅可以用于自動(dòng)故障檢測(cè)，也可以用于判斷故障的嚴(yán)重程度，關(guān)注早期故障和發(fā)展。PeakVue預(yù)警的判斷規(guī)則包括如下：“0”規(guī)則——在設(shè)備完全正常運(yùn)行時(shí)，PeakVue峰峰值接近于0；“10”規(guī)則——適用于常規(guī)轉(zhuǎn)速設(shè)備（1000rpm～4000rpm），設(shè)備有一定的問(wèn)題；“20”規(guī)則——設(shè)備有嚴(yán)重的問(wèn)題；“40”規(guī)則——必須要采取措施。PeakVue適用范圍廣泛，針對(duì)機(jī)械設(shè)備最常見(jiàn)的問(wèn)題——滾動(dòng)軸承和齒輪箱故障，潤(rùn)滑問(wèn)題，以及泵的氣蝕問(wèn)題。使用簡(jiǎn)單，診斷規(guī)則適用于工廠95%的設(shè)備；更早期的報(bào)警意味著更早安排檢修，相當(dāng)于更少“驚喜”，更少花費(fèi)。

報(bào)警提示方面，應(yīng)用多種報(bào)警手段提高報(bào)警信息的效率和可靠性。在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面有設(shè)備健康狀態(tài)一覽表，可以直觀地觀測(cè)到所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備故障級(jí)別進(jìn)行分類，可以直達(dá)需要分析的故障設(shè)備。同時(shí)在DCS進(jìn)行基于運(yùn)行工況的報(bào)警監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)值與健康量化狀態(tài)值。

很多系統(tǒng)，由于無(wú)人監(jiān)控，往往會(huì)建設(shè)了而沒(méi)有起到作用，變成一種擺設(shè)。鑒于DCS系統(tǒng)是監(jiān)控率最高的系統(tǒng)，因此基于DCS平臺(tái)利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)構(gòu)建了具有較高實(shí)用價(jià)值的低干擾集中輔機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)底層通訊機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與機(jī)組DCS間的安全可靠數(shù)據(jù)通訊。利用數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)警鎖定和量值最大值及平均值統(tǒng)計(jì)功能，并在DCS畫(huà)面可視化集中顯示，使監(jiān)控和維修人員能掌握重要輔機(jī)的健康狀態(tài)，以便及時(shí)采取處理措施和安排檢修計(jì)劃。

3 應(yīng)用案例

3.1 案例一：軸承磨損-超預(yù)警期

項(xiàng)目投用后，3A真空泵首次啟動(dòng)，重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警診斷系統(tǒng)發(fā)出“振動(dòng)大”、DCS系統(tǒng)發(fā)出“3A真空泵異?！眻?bào)警，查看狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)健康態(tài)量化值已超上限（速度有效值達(dá)到90mm/s，PeakVue值達(dá)到100G以上）。但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得振動(dòng)正常，電流和出力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常，泵組運(yùn)行正常。后經(jīng)檢修專業(yè)檢查為泵組軸承存在磨損情況，更換軸承后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)值恢復(fù)正常。在此案例中，監(jiān)測(cè)到的PeakVue值已嚴(yán)重超過(guò)健康值，前期沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該值的發(fā)展階段，沒(méi)有提前預(yù)警，是由于系統(tǒng)投入前該軸承已經(jīng)有劣化，但是人的感知和其他系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)現(xiàn)異常。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入后發(fā)出超限報(bào)警，成功避免了設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞和泵組故障停運(yùn)造成發(fā)電機(jī)組停運(yùn)事故的發(fā)生，后期檢查發(fā)現(xiàn)軸套和軸承磨損嚴(yán)重。

3.2 案例二：軸承內(nèi)圈故障預(yù)警

泵驅(qū)動(dòng)端測(cè)點(diǎn)PeakVue值較大，在30G～70G之間大幅度震蕩，速度有效值未見(jiàn)顯著變化，速度頻譜中可見(jiàn)軸承外圈故障頻率66.62Hz及其大量諧波，同時(shí)可見(jiàn)軸承內(nèi)圈故障頻率105.88Hz及其大量諧波，波形自相關(guān)可見(jiàn)軸承內(nèi)圈故障頻率被轉(zhuǎn)頻調(diào)制特點(diǎn)。在此種情況下，應(yīng)盡快停機(jī)安排更換泵驅(qū)動(dòng)端軸承，如暫時(shí)無(wú)法更換，需加密關(guān)注速度有效值變化趨勢(shì)，如速度有效值出現(xiàn)陡升，應(yīng)立刻停機(jī)，以免發(fā)生嚴(yán)重的非計(jì)劃性停機(jī)。后期經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)軸承的確存在內(nèi)圈損傷情況。

3.3 案例三：軸承滾動(dòng)體損傷預(yù)警

泵自由端PeakVue在運(yùn)行期間可達(dá)30G以上，速度頻譜中可見(jiàn)4.1Hz頻率成分及其大量諧波，能量占比較大，疑似保持架頻率的1/5；同時(shí)可見(jiàn)20Hz的軸承保持架特征頻率，加速度頻譜中可見(jiàn)高頻段存在顯著的主頻成分帶有保持架邊帶存在，并伴有底部噪聲能量的抬升。加速度波形可見(jiàn)階段性、周期性4.1Hz左右的沖擊存在，此處存在嚴(yán)重的磨損特征出現(xiàn)。應(yīng)盡快安排檢修，如暫時(shí)無(wú)法維修，改善泵端軸承潤(rùn)滑，關(guān)注后續(xù)振動(dòng)變化，如PeakVue值未見(jiàn)明顯降低，需加密監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)速度振動(dòng)或PeakVue值出現(xiàn)大幅值跳變，應(yīng)立即停機(jī)檢修。后期經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)部分軸承滾動(dòng)體已磨損。

4 總結(jié)

重要輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)以量化指標(biāo)判斷設(shè)備的健康度，并通過(guò)預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的早期預(yù)警，對(duì)保證設(shè)備的運(yùn)行安全具有重要的作用，也為設(shè)備實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)維修和定期維修到狀態(tài)檢修提供了有效的數(shù)據(jù)支撐和評(píng)估手段，為提高設(shè)備使用的合理性、運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性提供參考依據(jù)。從而對(duì)保障主機(jī)機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，進(jìn)一步保障了對(duì)電網(wǎng)和社會(huì)的電力供應(yīng)，具有較大的社會(huì)效益。

系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中已能比較準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行提前預(yù)警，但在故障的智能診斷方面所給出的建議有限，還需要進(jìn)一步根據(jù)故障機(jī)理和現(xiàn)場(chǎng)診斷數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)對(duì)專家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行完善。