海洋石油燃氣輪機在線監(jiān)測技術研究

李 進，劉海霞

（中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司，天津 300450）

1 引言

中國海油自二十世紀末進入液化天然氣行業(yè)，并將燃氣發(fā)電作為延伸產業(yè)，于2001 年開始用天然氣發(fā)電，是我國三大油公司中唯一涉足燃氣電廠業(yè)務的企業(yè)[1]。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及“碳達峰、碳中和”目標的提出，大力發(fā)展天然氣發(fā)電，推進智慧電廠建設，加快構建電力生態(tài)圈，是中國海油推進數(shù)字化經(jīng)濟建設和踐行“雙碳”責任的重要舉措[2]。中國海油智慧電廠建設藍圖通過云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術手段，以設備泛在感知、系統(tǒng)協(xié)同融合、數(shù)據(jù)驅動決策為目標，打造智慧電廠五大能力，全面提升安全、生產、管理、決策水平。作為智慧電廠關鍵設備之一的燃氣輪機組，需要借助信息化、數(shù)字化的手段，建設智能化的燃氣輪機組監(jiān)測和專家診斷系統(tǒng)，全力保障智慧電廠的安全生產運行和數(shù)字化管理能力。本文分析某電廠機組現(xiàn)狀，提出數(shù)字化監(jiān)測和智能化方案。

2 機組概況

近年來，隨著世界范圍內天然氣資源的開發(fā)利用，燃氣輪機在發(fā)電領域得到全面應用[3]。尤其伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和能源保障戰(zhàn)略的推進，我國電力行業(yè)對燃氣輪機產品需求迫切。目前燃氣輪機制造強國有美國、德國、日本、意大利等，國際知名的燃氣輪機廠商如通用電氣公司、西門子能源公司、三菱重工業(yè)股份有限公司、安薩爾多能源公司等國際市場總占比超過95%[4，5]。國內相關單位也開展了燃氣輪機相關研發(fā)，燃氣輪機零部件從數(shù)量上看國產化率較高，但國內廠商仍未掌握F 級、E 級燃氣輪機的控制及熱端部件的制造及維修技術,仍需依賴進口[6]。某燃機的簡要技術參數(shù)見表1。

表1 燃機技術參數(shù)

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測參數(shù)

由于該機組部分設備狀態(tài)參數(shù)已經(jīng)接入DCS,部分參數(shù)監(jiān)測需要額外增加布置測點，監(jiān)測參數(shù)和位置對應表見表2。

表2 監(jiān)測參數(shù)和位置對應表

3.2 功能要求

（1）故障機理分析

故障機理的研究內容是確定不同類型故障的征兆，特別是故障的頻率特征和發(fā)生的部位，以及故障征兆與特定運行參數(shù)的關系。根據(jù)國內外最新研究成果，分析總結出故障的征兆，從原理上說明征兆存在的必然性及影響因素，以便建立科學的故障診斷規(guī)則。

（2）故障案例整理分析

根據(jù)燃氣發(fā)電機組常見故障的部位、故障原因、特征、嚴重程度和處理方式等方面的不同，建立典型故障案例庫，包括故障案例名稱、故障出現(xiàn)時設備的狀況、故障經(jīng)過、故障的原因、故障特征、故障處理措施和效果等。

（3）建立故障預警模型

燃氣發(fā)電機組具有較為完整的故障報警模型，為了提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，需要設置常見故障預警模型。當測量參數(shù)及其組合達到某個閾值時進行預警，此值通常小于相同測量數(shù)據(jù)的報警值。對于振動，主要根據(jù)頻段進行劃分，如果某頻段的振幅超過設置的預警值，則進行此頻段故障預警。

雖然測量參數(shù)及其組合沒有達到某個閾值，但其變化量達到某個閾值也需要進行預警。對于振動，主要根據(jù)一定時間內振幅和相位的變化，包括一倍頻矢量的變化。

（4）建立開放的診斷知識庫

根據(jù)燃氣發(fā)電機組常見故障機理、故障案例分析和現(xiàn)場經(jīng)驗，建立適應燃氣發(fā)電機組常見故障診斷知識庫，包括背景庫、測點庫、故障庫、征兆庫、規(guī)則庫和對策庫等。

建立開放的診斷知識庫管理系統(tǒng)，將診斷知識庫構成一個整體，便于在診斷時直接調用，并且與算法程序相對獨立，現(xiàn)場專家與編程人員的分工比較清晰，能夠發(fā)揮各自的專業(yè)優(yōu)勢。同時根據(jù)經(jīng)驗積累，不斷完善診斷知識庫。

（5）建立可驗證的算法庫

征兆可信度和故障可信度計算是系統(tǒng)的核心，計算方法可以是確定的邏輯關系或模糊的數(shù)學關系，計算結果是[0，1]之間的值。系統(tǒng)提供每個征兆可信度的計算方法以及故障可信度的計算方法，并采用模擬數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)兩種方法進行驗證。

（6）系統(tǒng)集成

系統(tǒng)提供標準通訊接口，與企業(yè)云平臺無縫銜接，在與其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的基礎上，實現(xiàn)故障預警和智能診斷。

4 應用

選取海洋石油某燃氣輪機組，按照上述方案安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)如圖1 所示。通過燃氣輪機在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時遠程查看設備運行參數(shù)和運行狀態(tài)，并通過數(shù)據(jù)分析評估機組故障，指導設備管理人員開展預知性維修。

圖1 燃氣輪機組在線監(jiān)測系統(tǒng)

5 總結

文中分析了海洋石油某燃氣輪機的技術參數(shù)，提出了在線監(jiān)測功能需求，通過安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對燃氣輪機組的在線監(jiān)測和評估診斷功能，為設備管理人員開展預知性維修提供了技術支持。