摘要:大中型火力发电厂(单机功率在200MW以上)在重要辅机上安装、使用在线监测诊断系统已成为确保机组安全运行的重要手段,该系统的使用将有效地提高辅机设备可靠性,降低辅机的维护成本,提高辅机的可靠运行时间。
关键词:辅机;监测;诊断;振动
1 概述
当今,大中型火力发电厂主机已经成功地进行了DCS、DEH控制系统的改造,使得主机设备和控制系统较为先进,但是,辅机系统的监测诊断水平仍然处于八十年代水平,显现了先进的主机设备监控与落后的辅机设备管理不协调的局面。为此,经过我们的论证分析后,在油田热电厂#1机组(单机功率在200MW)实施了“火电机组辅机在线监测诊断系统”技术改造。
目前,主辅设备状态监测的薄弱环节恰恰是辅机的状态监测。而辅机监测的主要信息是振动信息以及温度信息。我厂辅机设备的现状:辅机工况环境恶劣,监测手段大都停留在人工主观经验判断或依靠人工现场测量方式采集信息,这种方式存在信息量小、信息误差大,维护管理水平效率低下等问题。另外,这种现状对于电厂风机、给水泵、磨煤机等重要辅机设备的安全可靠运行非常不利,这将直接关系到电厂的安全生产和经济运行,对这些设备的状态进行在线监测、故障诊断是具有非常重要的意义。
据统计,我厂每年由于辅机振动造成的烧瓦事故8起,其它辅机故障13起,每年造成直接经济损失近20万元,并且,也影响机组的安全经济运行,间接的经济损失也是巨大的。又如:元宝山电厂、双辽电厂的辅机飞车事故,就是因为没有辅机状态的检测手段,才造成巨大的损失。为此,设计安装辅机运行状态在线监测诊断系统势在必行,系统实施后,可以最大限度地避免安全生产事故的发生,减少经济损失。
我们这次开发的监测诊断系统由振动传感器、温度传感器等多种传感器、以及多通道信号变换器和在线数据采集模块、现场总线转换卡、工业控制计算机等组成,系统框图如图1所示。
2 主要研究内容
2.1 在本次辅机在线监测及诊断系统的设计中,我们采用DSP技术和FCS(现场总线监控)技术相结合的方案,各个辅机设备监测参数的采集采用模块化设计,数据传输采用总线传输式设计。不仅可以节省大量的电缆,而且能够提高数据传输的可靠性、及时性和准确性。
2.2 在辅机监控管理平台的设计中,运用了c++、java和数据库等软件技术,设计了良好的人机界面、优异的系统构架、利用丰富的图形、图表,多层次、交互式、立体化地展示设备运行现状、历史数据、发展趋势等信息化处理功能。
2.3 在专家诊断环节的设计中,我们结合电厂的实际情况,专门开发了专家软件包系统,通过频谱分析法提取出监测系统所涵盖的更深层次的振动信息,使信息价值的利用大幅提高。
2.4 在数据发布方案的设计中,网站.Net部分由C# 语言编写,与硬件通信部分由一块PCI接口的CAN总线板卡实现。该卡与总线上的数据进行通讯,并提供相应的API接口将在线监测数据在厂局域网上发布,实现资源共享。
2.5 监控系统与采集系统的数据接口设计。
2.6 下位机采集模块采用DSP技术,16位A/D采样,单点采样率大于100KHz,将振动、噪音、温度、电流等信号分别进行处理和采集。采用现场总线方式实现数据采集和整合。每一个采集模块安装在一个金属密封盒中,抗干扰、防潮湿达到IP65标准要求。
3 辅机在线监测诊断系统技术指标
采集模件I/O模块通道:16路;采集模件过程数据最大处理量:1024点;采集模件参数数据最大处理量:512点;历史数据可存储3个月;模块标准信号输出:4~20mA ;振动测试范围:0~2000μm;频响特性:1Hz~10KHz;继电器输出接点容量:DC24V/3A,AC220V/1A;支持CAN总线通讯协议。
4 技术创新点以及解决的主要问题
开发专家系统软件包,透过振动信息的表层提取基于频谱分析法所涵盖的更深层次的振动信息,使信息的利用大幅提高。
在数据发布方案的设计中,可接入DCS,并可通过厂MIS,将在线监测数据在厂局域网上发布,实现资源共享。
CAN(现场总线)技术的应用,充分利用CAN总线利用率高、传输距离远、传输速率高、可靠性强等诸多优点。
信号处理模块CPU采用DSP处理器,提高信号采集精度与速度。
提供强大的故障诊断专家系统判据及大量的旋转机械标准故障图库。
振动情况分析
我们知道振动超标一直是转机设备难于解决的技术难题,用什么来量化振动的指标,是有效值还是峰-峰值?怎样进行频谱分析更科学?经过反复试验,最后我们采用振动的峰-峰值来量化振动的指标,结合频响曲线对频谱进行分析取得了良好效果。具体情况如下图。
5 故障诊断
电厂各种类辅机采用速度传感器进行在线检测,并利用振动波形及频谱进行故障原因分析。
故障诊断系统根据实例图形与典型故障图形进行对比分析后确定故障原因。
5.1 水泵、风机故障诊断
不平衡故障;不对中故障;轴颈与轴瓦摩擦;轴与叶轮松动;轴瓦枕断裂故障;基础松动故障;轴承盖上螺栓松动故障;烟机壳体变形故障;由于轴承热膨胀不均造成振动故障。
5.2 电动机故障诊断
电机静止气隙间隙增加故障;电机(鼠笼式)铸条断裂故障;动态偏心增加;滚动轴承故障根据滚动轴承的几何尺寸计算各种故障的特征频率,然后把实例频率与特征频率对比,两者重合或接近的那个频率代表发生故障(部位)频率,从而找到发生故障部位,详见下某轴承故障特征频率表。
根据实测频谱图中的各种频率值对照特征频率值,最后确定故障原因是外圈发生故障。
6 经济效益和社会效益分析
根据我厂的统计数据:由于监控不到,发现不及时,每年将造成的8次以上辅机轴瓦等设被损坏,直接经济损失13万元。该项目投入运行后,将会减少经济损失近13万元/每年,3到5年收回投资。
系统投入后,大大降低运行人员的劳动强度,并且对于事故的及时发现、及时处理以及事故的分析都具有重大的意义。
7 应用前景
辅机监控管理系统充分应用先进的FCS(现场总线监控技术),现场监控模块替代监控仪表或单元组合监控装置,现场模块灵活方便的就地分散安装,不需要众多I/O机柜;监测信息通过共用数字总线进行信息传输,不需要敷设大量电缆,安装、维护简单、易行。数字信息传输的质量是模拟信息传输无法相比的。模块化、总线式辅机监控管理系统具有很强的扩展能力,后续新增监控点,只需增加相应模块和修改系统配置参数即可。
该系统结合计算机、总线通信方式等先进技术,具有良好的扩展性和升级能力,完全可以在国内同类型200MW机组中推广。
参考文献
[1]秦建明,范鑫.汽轮发电机组在线监测与远程分析系统.期刊论文.船海工程2009
[2]原国成等.电厂辅机振动监测系统研究.期刊论文.黑龙江电力2007.
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