汽轮发电机组在线监测与远程分析系统

摘 要:为了保障汽轮发电机组的安全可靠运行,实现机组运行的在线监测和故障诊断,开发出了一种基于Internet的汽轮机组在线监测与远程故障分析系统。该系统由本地监测诊断系统、数据通信系统及远程分析系统组成,能够连续地在线监测机组振动的变化过程,可以为机组检修及运行调度提供良好的依据和可靠的信息。

关键词:汽轮机组;实时监测;振动分析;故障诊断

中图分类号:TV 734.2+1 文献标志码:A文章编号:1671-7953(2009)04-0095-03

On-line Monitoring and Long-Distance Analysis System for Steam Turbine Generator Sets

QIN Jianming FAN Xin2

(1.School of Electrical Engineering , Henan University of Technology,Zhengzhou 450007,China;2.Henan Electric Power Research Institute,Zhengzhou 450052,China)

Abstract: In order to ensure the safety running of the turbine generator sets, realize online condition monitoring and fault diagnosis of running generator sets and develops a ser of online condition monitoring and fault diagnosis system based Internet. The system is composed of real-time monitoring, data communication, long-distance analysis and the on-line monitoring of the vibration developing process can be realized. Consequently good basis and reliable information for the maintenance and operation of Steam Turbine are provided.

Key words: steam turbine generator sets;real-time monitoring;vibration analysis;fault diagnosis

大型汽轮发电机组已成为我国电网的主力机组,其复杂的结构和特殊的运行环境,导致故障时有发生,尤其是振动问题。尽管一般大型机组都会安装振动监测保护仪表(TSI),但该设备功能相对简单,对于振动异常问题,并不能提供强有力的有效分析手段,因此,安装振动在线监测与分析系统对于机组安全运行有着重要的现实意义。

1 系统总体设计

本系统网络服务站、数据采集站和分析诊断站等部分组成。系统通过能数据采集站连续在线采集现场设备振动波形数据,分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动状态监测、故障诊断和设备的管理与控制。系统通过局域网、通讯微机、MODEM和电话网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析诊断,也可把远程中心的分析结果传送到现场。

系统总体结构由三部分构成(如图1):本地监测系统;数据通信系统;远程分析系统。

系统可连续在线采集现场设备振动波形数据、分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动运行状态监测、故障诊断。根据需要系统可通过通讯微机、MODEM或Internet网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析判断,也可把远程中心分析结果传送到现场。

2 本地监测系统

该系统基本配置包括传感器、数据采集站、工程师站和数据库服务器等。系统采用分布式模式构建,分为设备层、通讯层和功能层三层结构。传感器和数据采集站组成了设备层,工程师站和数据库服务器组成了功能层。

2.1 设备层

设备层也是系统的硬件部分,直接面向机组设备,以数据采集为核心,通过采样驱动程序,完成各通道的数据采集,并与功能层监测系统进行双向通讯,上传采样数据,为上层系统提供可靠的实时信息。

传感器群负责现场原始信号的拾取、传送,既包括了各轴振、瓦振信号,又包括了与振动相关的一些过程量(如差胀、轴向位移等)。对于装有机组振动监测保护系统(TSI)的机组无须安装振动传感器。

数据采集站实现机组数据采集功能,采集站由前置信号处理器和数据采集工控机组成。前置信号处理器从传感器群接入现场信号,对来自现场传感器群的振动和相关过程信号进行隔离、滤波、抗混滤波、积分、衰减/放大、整形等调理,使得这些信号变为数据采集板能直接采集的标准信号。数据采集工控机选用DAQ2205A/D板作为数据采集板。该采集板为一款基于32位PCI总线的高性能、功能强大的采集板,允许信号64路单端输入或32路双端输入方式;采集板输入端子为两个SCSIV68接口,上面接口为振动量和过程量信号输入口,下面接口为键相、转速信号输入口;采集板具有成组触发采样功能,能很好的实现同步整周期方式采样。数据采集工控机接受前置信号处理器输出的标准信号,完成数据采集,对各信号进行初步处理,并定时将采集数据上传。前置信号处理器的所有振动信号以及部分过程量信号来自电厂BENTLYY3500系统,其余的过程量信号则为来自现场DCS系统变送器输出的1-5V或4-20mA的标准信号。

数据采集站功能主要分成四部分:实时数据采集、数据双向通讯、振动实时显示和实时启停机。

2.2 功能层

功能层对采集信息进行分析处理,主要完成数据处理、数据存储管理、状态分析、故障诊断等功能,是系统的关键部分。

工程师站为厂局域网内任一台机组,可运行振动在线监测与分析软件,具有丰富的图形显示和较强的分析处理功能。软件采用Borland C++ Builder6.0为开发工具,综合应用了汇编语言、动态链接库、多线程、图形处理、数据库等技术。在底层控制软件上应用了汇编语言和调用动态链接库与底层交换信息;上层软件既要实现数据采集又要实现实时显示和处理数据,需要多线程来控制,即启动主线程之后启动辅助线程。程序中创建了一个新线程文件CollectionThread.cpp来实现数据采集功能。软件安装后供运行人员在线监控机组振动情况,软件功能主要有:系统设置、实时监测与分析、启停机记录分析、故障记录分析、报表与统计。系统参数配置关系到数据的采集以及系统的正常运行,设置时一定要慎重。当系统硬件已经安装完毕,则参数的配置一定要与硬件配置保持一致,否则系统不能正常工作。实时监测部分包括实时振动棒图、振动波形图(图2)、振动趋势分析、振动报警监视、频谱分析、轴心轨迹(图3)、相关分析等。

数据库服务器用于存储全厂所有机组的振动数据和相关过程参数,包括实时数据和历史数据。其上运行振动在线监测与分析软件与故障诊断软件。此外,与设备层的通讯以及与其他系统(如MIS系统等)的通讯也在其上完成。

3 数据通信系统

数据通信系统中,本地监测诊断系统中工作站与服务器间距离短的用网卡组成局域网系统,距离长的用MODEM组成局域远程登录系统或通过Internet组成广域监控诊断系统。而与诊断中心服务器的互连采用基于Internet的连接,使得本系统具有很强的开放性和扩展性。

数据通讯接口实现设备层与功能层间的正常通讯,通过以太局域网,将数据采集站所采集的实时数据上传到数据库服务器并保存,同时将系统组态信息动态下载到数据采集站,决定采集站的采集状态和采集方式;实现本系统与厂MIS系统和DCS系统间的数据交流,达到数据共享目的。

4 远程分析系统

远程诊断中心是一个小局域网,由几台PC机组成了网络系统和智能诊断专家系统。它通过Internet与生产现场的监测系统连接,可同时在线监测分析多台机组的运行状态,提供丰富的振动分析软件和故障诊断知识库,并利用功能强大的数据库管理软件,对各种原始数据和分析结果进行存储、备份管理。

系统提供了多种时域、频域以及趋势信号分析算法,对数据库里的历史数据和启停机数据等进行分析,并以直观的分析图表显示,以掌握设备当前状态和变化趋势。

5 结束语

本系统是集数据采集、性能分析、故障诊断、人工智能等技术于一体综合信息处理系统,实现了对大型汽轮发电机组运行状态监测和故障诊断。通过与Internet 的连接,实现了远程监测和诊断。可提高实时处理效率和分析诊断的准确性,为运行人员和设备管理工程师提供了设备运行状况的科学依据,以便及时发现异常情况,保证设备安全可靠经济运行。该系统界面友好,使用简单方便。

参考文献

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