汽轮机在线监测与分析系统开发

256机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE第8期2012年8月文章编号100L一3997201208025602汽轮机在线监测与分析系统开发朱鹏华荆建平贾林上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240DEVELOPMENTOFTURBINE0NLINEMONITORINGANDANALYZINGSYSTEMZHUPENGHUA，JNGJIANPING，JIALINSCHOOLOFMECHANICALENGINEERING，SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY，SHANGHAI200240，CHINA千斤十斤，、|、斤、囊1H、舢“、”HH州L，1舢“、斤“T，“、L，1【摘要】结合汽轮机发电厂汽轮机的特点和特殊工作环境，设计开发了一种分布式振动监测与分析系统，通过总线把分布于各现场的下位机连接起来，达到集中监测、管理、分析的目的。系统主要由下位机服务站、数据库服务器、上位机三部份构成，拥有非常完善的数据库结构，如用户信息数据库、振动信号特征数据库、系统参数数据库、起停机数据库和报警数据库，并且具有较好的数据存储能力，尤其是在机细起停机过程中快速“抓数据的能力，实现了汽轮钡。细在线监测和分析的要求以及数据实时显示，报警等功能。关键词汽轮机；在线监测；分析系统；实时【ABSTRACT】BASED0NTHETURBINECHARACTERISTICSANDSPECIALWORKINGCONDITIONOFPOWERPLANT，ADISTRIBUTEDVIBRATIONMONITORINGANDANALYZINGSYSTEMWASDESIGNED,WHICHREALIZEDCENTRALIZINGOFMONITORING,MANAGEMENT,ANALYSISTHROUGHLINKDISTRIBUTEDLOWERCOMPUTERSBYBUSTHESYSTEMCONSISTSOFTHREEPARTSLOWERCOMPUTERSSTATION,DATABASESERVERSTATION，UPPERCOMPUTERSITHASAVERYGOODDATABASESTRUCTURE，SUCHASUSERINFORMATIONDATABASE，THEVIBRATIONSIGNALCHARACTERISTICDATABASE，THESYSTEMPARAMETERDATABASEWELLASTHESHUTDOWNDATABASEANDALARMDATABASE，ALSOAVERYGOODDATASTORAGE，ESPECIALLYDURINGTHEPROCESSOFTURBINESTARTANDSTOP，SOTHATTHEREQUIREMENTFORTURBINEONLINEMONITORINGANDTHEFUNCTIONSOFDATAREALTIMEDISPLAYINGANDEARLYWARNINGAREACHIEVEDKEYWORDSTURBINE；ONLINEMONITORING；ANALYZINGSYSTEM；REA1TIME中图分类号TH16文献标识码A1引言汽轮机是电力生产中的重要设备，其设备结构复杂、运行环境恶劣，汽轮发电机组故障发生率不低，一旦发生故障就会产生很大社会危害性L】1。近年来随着电厂单机容量的不断增大，特别是超临界和超超临界机组的投入，运行机组轴系也相应越来越复杂，诱发机组振动的潜在因素也相应增加陶。振动问题在机组安全运行中的影响越来越大，人们也越来越关注机组振动对于生产安全稳定经济运行的影响。目前国内汽轮机监测与分析系统基本上都是国外的，要打造世界级工厂，应当具有自己的监视及分析系统，其次在燃机、百万等级核电机组控制保护系统的国产化进程中，将来最大的障碍之一就是WIN_TS系统的替代系统，如无法做到替代，控制及保护系统就不能实现多样化，造成由于监测及分析系统必须采用WIN_TS系统，整个机组的控制保护系统也必须采用西门子控制系统。综上所述，由于用户对于安全运行的迫切要求以及降低机组维护成本的刚性需要，自主开发机组状态监测及分析系统已成为亟待解决的问题。2系统总体设计系统主要通过采集和分析汽轮机的振动信号对汽轮机故障进行实时监控，做到能提前预警汽轮机潜在的故障。通过下位机软件，利用NI的数据采集仪采集与汽轮机相连的传感器信号包括轴瓦，轴承振动，温度等。下位机通过安装的下位机采集软件将采集到的信号实时显示，并同时将其传送到数据库服务站，保存的数据作为来稿日期20111026上位机进行分析的基础。上位机通过公司内部网络对数据库服务站的数据进行检索和分析，还可通过网络修改数据库服务器上的配置参数对各下位X机软件系统参数进行重新配置。通过网关和网络，各电厂公司可以向远程故障诊断中心进行求助。如图1所示。数据库服务站图1系统设计布局FIG1SYSTEMDESIGNLAYOUT3系统组成31数据采集仪NI数据采集仪主要负责汽轮机振动和温度信号的采集，包括X，Y方向的轴瓦振动和汽缸温度等。NI采集仪组成CDAQ9178平台、NI9234采集卡、NI9229采集卡。NICDAQ9178USB机箱是为C系列IO模块所专门设计的，总共可以安装8块C系列模块，也就是其通道数最大可以扩充至32通道。机箱内各模块均可独立工作，其中某一通道或某一模块的故障不会影响其它通道或模，女综述。、第8期朱鹏华等汽轮机在线监测与分析系统开发257块的正常工作，如遇某一模块故障，只需将其更换成自行备用的模块即可。因此该硬件具有安装、维护、更换方便、可靠性好等特点，这一点对汽轮机监测是非常重要的。图2CDAQ9178FIG2CDAQ91781USB连接口2BNC触发口3USB线应力缓冲口4930V电源接口5模块插槽6已安装的C系列模块7接地螺栓图3_2下位机下位机是整个系统的输入部分，负责设置采集软件的相应参数，采集汽轮机实时振动信号和存储信号至数据库，是进行预警及后分析的基础。下位机的构成主要包括系统用户登录和权限模块，参数配置模块，信号实时显示模块和数据库存储模块。33数据库服务站数据库是故障监控及分析软件中非常重要的一个部分，因此数据库设汁的好坏十分的关键。数据库分类用户信息数据库、振动信号特征数据库、系统参数数据库、起停机数据库和报警数据库。其中振动信号特征数据库，起停机数据库根据存储时间间隔的不同，各分为以下数据库分钟数据库，小时数据库，日数据库，周数据库，月数据库，年数据库。分钟数据库记录当前最新一分钟数据，默认存储间隔为3S。小时数据库记录当前最新一小时数据，默认存储间隔为30S。日数据库记录当前最新一天数据，默认存储间隔为60S。周数据库记录当前最新一周数据，默认存储间隔为420S。月数据库记录当前最新一月数据，默认存储间隔为30MIN。年数据库记录当前最新一年数据，默认存储间隔为360MIN。34上位机上位机是整个系统的输出部分，通过网络读取数据库服务站上的数据，进行信号监控、分析和对数据库服务站数据进行管理。主要由以下模块组成界面监控模块、数据库管理模块、动平衡分析模块、信号分析模块。图3上位机主界面示意FIG3THEMAININTERFACEOFHOSTCOMPUTERSCHEMATICDIAAM35远程诊断中心远程分析诊断中心通过广域网络与上位机相连，这样，负责振动的工程师、专家不用到现场就可直接监视和分析诊断机组的振动问题，大大提高了故障诊断的效力。4系统主要功能及实现41实时显示功能通过信号实时显示模块可以实时显示各通道采集的汽轮机时域信号，操作者可以第一时间通过观察波形信号来判断NI采集仪有无正常工作和采集的信号是否正确，同时还可通过观察信号的幅值来判断汽轮机是否处于正常工作状态。42快速“抓”数据功能汽轮机故障有很大一部分发生在启停机过程中，因此完好保存启停机过程中的数据对汽轮机故障的分析就显得尤为重要了。但是汽轮机在启停机过程中，尤其是过临界时升速率比较大，一般的监控软件无法快速“抓”取到振动数据。按照闭环系统设计的思路，通过实时监测汽轮机转子的转速，自动判定汽轮机的状态慢速，临界和稳态，从而通过软件自动改变下位机采集软件的采样频率，实现快速“抓”数据的功能。经现场调试，当汽轮机快速过临界时，目前该监测和分析系统可以做到每隔10转左右“抓”到一组数据。43数据库功能数据库是上位机进行信号监控和分析的基础，因此必须时时保持下位机和数据库服务器之间成功连接。但是，在电厂由于种种原因，不可能做到下位机和数据库服务器之间时时成功连接。在连接失败的那段时间里，下位机就无法将采集到的信号数据成功存入到数据库服务器，从而导致上位机无法从数据库里找到相对应的数据。为了解决这个问题，我们对此采取了一些措施。当下位机与数据库服务器之间连接中断时，先暂时将数据文件存放在下位机上。等下位机与数据库连接正常时，再将存放在下位机上的数据文件重新写入到数据库服务器，这样就保证了数据库服务器上的数据是完整的。具体参如图4所示图4数据传输及存储FIG4DATATRANSMISSIONANDSTORAGE44振动数据分析功能系统具体信号分析功能如下1整体监测；2趋势分析；3报表分析；4时域分析包括波形、滤波、概率密度、相关等功能；5频域分析包括幅值谱、功率谱、倒谱、包络谱和细化谱等功能；6轴心分析包括轴心位置、轴心轨迹、提纯轴心。5结束语系统主要用于完成汽轮机振动数据监控及分析。利用NI采集仪作为数据采集设备，采集的数据通过网络传输至数据库服务器，供上位机进行监控及分析。该系统可以为现场技术人员分析和解决当前机组出现的各类故障提供很好的参考信息。参考文献1李大庆旋转机械振动监测系统的设计与实现D北京JE京工业大学，2006122施圣康汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状J_动力工程，2001，8213魏立东大型旋转机械状态监测故障