主辅机状态监测与评估系统的开发和应用

田建勇，郭 涛

(国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司，河南 开封 475002)

主辅机状态监测与评估系统的开发和应用

田建勇，郭 涛

(国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司，河南 开封 475002)

介绍了发电企业状态监测和评估系统现状，通过对比发电企业主辅机状态监测情况，归纳和总结开发主辅机状态监测和评估系统的必要性，推进发电企业主辅机状态监测和评估系统开发和应用，有效提高发电企业检修管理水平和设备健康水平。

主辅机；状态监测；评估系统；振动数据；镜像服务器

0 引言

随着发电企业自动化和信息化程度的不断提高，设备状态检修模式已被越来越多的企业认可和接受，设备状态监测系统在很多发电企业陆续投入使用。设备状态监测可采集设备运行参数，利用软件平台实现对设备运行工况的监测，对设备劣化趋势及状态进行评估，对设备异常进行分析和判断。由于受到发电企业设备种类繁多、工况复杂、模型准确性不高等因素制约，目前设备状态评估系统并未能与发电企业所有设备类型达到完美兼容。

1 设备状态监测在主辅机上的应用

设备状态监测功能的实现主要依托大量实时数据和历史数据的积累、针对性模型和平台的建立、设备管理人员的经验总结、详实有效的设备资料和良好的应用实践经验。就实现设备状态监测所需要满足的条件来说，大量实时数据和历史数据的积累，以现有的DCS(Distributed Control System，分散控制系统)或者SIS(Supervisory Information System，厂级实时监控信息系统)就可以实现；详实有效的设备资料和成熟丰富的设备管理人员经验，发电企业也能充分响应。当前情况下实现设备状态监测的难点就在于选择合适的平台和准确的设备模型，以及对于设备状态监测的良好推广和应用。由于发电企业设备种类繁多，设备工作原理和工作方式复杂，因此有关发电企业设备状态监测模型的开发和应用尚未有重大突破。

近年来，随着发电企业经营形势的变化，机组设备的检修模式从计划性检修向状态检修过渡，发电企业将更多的注意力投向了设备状态监测领域。但是受到设备测点数量、状态监测模型构建和平台开发的限制，目前设备状态监测主要集中在主机设备上，如TDM(Turbine Dignosis Managment，旋转机械诊断监测管理系统)。TDM系统对机组运行过程中的数据，如转速、振动波形、频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据的分析，为故障诊断人员提供了数据及图谱工具，可协助诊断专家深入分析机组运行状态，已在发电企业得到普遍应用。

因辅助设备种类繁多且生产厂家不同所造成的技术指标差异，辅助设备受重视程度不足和测量监测仪表配备有限，造成了辅机设备状态监测和评估系统开发程度有限，在发电企业中应用实例也偏少。

2 主辅机状态监测和评估系统的必要性

目前，TDM系统无论在技术方案、监测手段、分析工具，还是在理论依据等方面，都已经有了较为充分的发展。TDM系统之所以能够得到如此广泛的推广和应用，主要是基于汽轮机作为发电企业的主要设备，同时其配备的测点数量足以满足支撑状态监测和分析工作开展，受重视程度也高于其他的辅助设备。

传统的TDM系统侧重于在线监测，状态评估不是其主要功能目标。很多TDM系统配置简单，数据存储时间短，部分系统仅仅存储部分特征指标数据而非全部的原始振动数据样本，分析工具仅限于在线监测，而不能提供设备运行状态模型的构建和对长期样本数据的分析功能。

发电企业生产工艺复杂、设备繁多，除锅炉、汽轮机和发电机等主机设备外，还包括锅炉侧的送风机、引风机、一次风机、磨煤机以及汽机侧的给水泵、凝结水泵、循环水泵、抗燃油泵、润滑油泵等众多辅机。这些设备大多属于旋转机械，工作原理相近，轴承支撑及润滑方式相似，故障的机理和特征也相近，与汽轮机状态监测和分析机理类似，但对比主机设备明显存在监测设备和手段短缺的情况。依靠这些设备自身附带的有限监测仪表和所在系统中的部分测点(压力、温度等)来进行状态监测，仅能反映出该设备当前的运行情况，不具备故障诊断和提取故障特征的功能，也不能满足现代化大型生产对设备的维护和检修要求。

在当前形势下，面对发电企业长周期连续安全、经济运行的需求，辅机故障引起机组被迫停运或连锁保护动作的矛盾日益突出。提高主辅机运行可靠性和降低突发性故障发生率的需求不断高涨，开发实现统一平台下的主辅机设备的状态监测和状态评估系统势在必行。

3 主辅机状态监测和评估系统的开发和应用

要开发主辅机状态监测和评估系统，就必须对其有明确的规划。首先要明确状态监测和评估系统实施对象的选取原则，其次要明确状态监测和评估系统所使用的技术路线，再次是状态监测和评估系统如何有效利用。只有明确以上问题，才能保证在后续开发过程中有针对性和指向性，保证实施的计划性和准确性。这也是主辅机状态监测和评估系统能够有效顺利开发和应用的根本保障。

3.1 状态监测和评估系统实施对象的选取原则

发电企业辅机设备按照其在生产过程中所承担任务的重要程度，可以分为主机、重要辅机和一般辅机。主机主要包括汽轮机、锅炉、电气系统等设备。重要辅机包括风机、水泵、油泵等对机组运行起着至关重要作用的辅机，其工作原理主要是以电能带动转动机械进行工作并提供生产过程所需的风、水、油等介质或介质工作所需要的动力。发电企业对主机转动机械的故障预处理和分析判断已经积累了丰富的经验，因此在主机状态检修管理的基础上，在引入辅机状态监测和评估系统之初，选取重要程度高、工作机理和故障排查可能性强的转动机械作为辅机状态监测和评估系统的实施对象，形成辅机状态监测工作的突破口，是切实可行的。

3.2 状态监测和评估系统的技术路线

随着智能检测技术在发电企业的应用，机组和设备监控手段越来越丰富，除传统转动机械外，断路器、开关柜、变压器等设备的故障在线诊断手段已经逐步在发电企业投入使用。但受限于模型建立和长期数据应用平台开发程度，还不具备故障提前预警和劣化趋势分析的功能。由于辅机状态监测和评估系统更偏重于数据长期积累和预警方面，此类新兴技术尚不具备纳入辅机状态监测和评估系统的可能。因而将常规发电机组中已经成熟的主机设备监测技术中的频谱分析和包络分析等技术手段，作为现阶段辅机状态监测和评估系统技术路线的做法，也是最恰当的选择。

3.3 状态监测和评估系统的有效利用

状态监测和评估系统作为发电企业设备状态检修的支持平台，如何保证该系统更好地在实际生产过程中得到应用，以及更好地为生产经营提供管理决策所需要的设备状态的准确信息，是在系统开发之前就应该明确下来的。如辅机状态监测和评估系统与其他系统的接口预设，是为了将系统处理结果送到诸如SIS或者MIS(Manager Information System，管理信息系统)系统中去，同时接收现场巡点检系统的信息对状态监测和评估系统进行充实。生产管理人员对于辅机状态监测和评估系统的使用，对辅机设备劣化原因分析和故障尽早处理，以及对辅机状态监测和评估系统的维护制度制定，是保证辅机状态监测和评估系统正常运行的重要前提。只有在这些涉及工作制度和流程的内容在系统开发前就已经制定完成，才能保证系统的正常使用和进一步的开发。

3.4 系统结构和开发

全厂主辅机状态监测系统主要由全厂振动数据服务器、镜像服务器、分布式智能数据采集器EVM-24/EVM-8、网站、交换机、分析软件、远程诊断中心、数据通信等组成，如图1所示。

(1) EVM-24/EVM-8分布式智能数据采集器。基于嵌入式系统平台设计的振动数据采集模块，可实现主辅机振动信号的数据采集、特征参数计算与提取，并通过以太网或CAN通信接口将主辅机设备状态数据传送至全厂振动数据服务器。

图1 全厂主辅机状态监测网络系统

(2) 全厂振动数据服务器。基于MySQL/SQL Server/Oracle等数据库管理系统，建立全厂主辅机设备长期状态数据库，集中存贮主辅机设备工况状态数据，并为电厂设备状态监测、报警、分析、诊断等提供数据接口及网络服务。

针对设备故障分析与诊断需求，振动数据服务器可连接电厂SIS系统，提取部分重要的设备状态数据，实现在SIS平台上对全厂主辅机状态监测数据进行深入挖掘和分析。

(3) 全厂振动数据镜像服务器。该服务器用于远程登录。

(4) 远程诊断平台的数据通信。通过电力专用网或公网通道，从SIS端发送实时数据(数据间隔为秒级，如3 s)至远程诊断中心。当出现振动预警时，远程诊断中心可登录厂内镜像服务器查询全厂主辅机振动实时图谱进行深入分析。

整个系统可以在主机TDM系统的基础上进行开发和实施。通过构建数据中心和远程诊断中心，建立针对监测对象的长期振动数据分析模型，可以更加准确地分析和判断设备当前运行状态和状态变化趋势；同时还可以结合远程诊断中心提供的专家服务，提供相应的专业的状态监测报告。

系统应用层的开发是运用．NET技术或者J2EE技术所构建的基于B/S架构的信息系统平台，客户端直接使用PC端浏览器，实现局域网内访问，也可以通过VPN或者其他授权技术，实现远程访问。客户端也可以采用基于C/S架构的PC端软件以及移动端的手机APP方式实现访问。

3.5 系统应用实例

某发电公司1号、2号机组应用了主辅机状态监测与评估系统，其强大的数据采集和状态分析功能在主辅机设备早期故障的发现、分析、诊断中发挥了重要作用。图2为系统某次数据采集样本示例。

图2 系统数据采集示例

其中，图2(a)为该系统在某风机设备滚动轴承箱上布置的加速度传感器测点测得的原始样本波形(采样频率100 kHz，65 536点样本)。

其中，从图2(b)可以看出在频率2 844 Hz处有明显峰值，同时该中心频率周围有均匀变频带。利用系统包络分析工具得到图2(c)所示的包络谱(带通2—4 kHz)，可发现明显的滚动轴承特征故障频率(100 Hz)及谐波成分。因其振动幅值较小，暂不能确定为设备故障，但为确定设备运行重点监视部件及确定设备停机检修的重点检查部件提供了重要参考，提高了辅机设备的运行可靠性。

4 结论

主辅机状态监测系统在该发电公司1号、2号机组上的应用，为解决主机及辅机振动故障提供了技术支撑，有利于主辅设备的正常运行。运行人员可以通过SIS系统进行远方诊断，提前预测，保证发电机组在生产运行中主辅机正常运行和故障的预处理效率，降低机组因为主辅机故障引起的非计划停运发生概率，提高机组运行的安全性和可靠性。

1 张汇军，孙建勇，许金环．优化检修在电厂生产中的应  用[J]．中国高新技术企业，2007，14(15)：87．

郭  涛(1975—)，男，工程师，主要从事火力发电行业热电管理工作。

国网北京市电力公司圆满完成全国“两会”保电工作

3月15日，十二届全国人大五次会议在京闭幕，至此2017年全国“两会”顺利完成全部议程。会议期间，国网北京市电力公司精心部署，周密组织，全体供电保障人员坚守岗位，尽职尽责，最终实现了全国“两会”供电万无一失。该公司高度重视，按照“早动手、早部署、早落实”的工作原则，于2016年11月提前启动全国“两会”保电筹备工作，按照特级政治供电任务工作标准制定了保电筹备工作方案，为会议保电奠定了坚实基础。

（来源：国家电网公司网站 2017-03-17）

2016-08-11；

2016-12-02。

田建勇(1961—)，男，工程师，主要从事火力发电行业热工专业技术管理工作，email：TJYWJY@126.com。