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电厂如何选择TDM系统


电厂如何选择 TM D 系统
东方汽轮机厂 黄永东
【摘要】:本文详细叙述电厂汽轮发电机组 TM D 系统发展的三个阶段,且有针对性地论述了传统的 TM D系 统的一些缺陷和先进的 TM D 系统, 同时结合现场的工作实践, 说明了如何更好地选择适合于电厂企业的 TM D 系统。 【关键词】: 汽轮发电机组、传统的 TM D 系统、先进的 TM D 系统、需要什么样的 TM D 系统

1 .前言
设备运行状态监测与故障诊断技术是机械电子技术、 计算机技术、 现代测试技术和人工 智能技术等多项先进技术的交叉和综合而迅速发展起来的新技术, 是现代化生产和先进制造 技术发展的必然产物, 是保证设备安全运行和实现科学维护的关键技术之一。 应用设备运行 状态监测与故障诊断技术, 能够有效地发现生产系统中的事故隐患, 可以及时地排除设备故 障,预防设备恶性事故,避免人身伤亡和巨大经济损失。 汽轮发电机组是电厂的重要关键设备, 机组的运行好坏直接关系到电厂的生产运行和经 济效益。因此,各电厂都加强对机组进行 监护 ,以达到预期维修的目的。把传统的计划 或预防维修变成: 首先分析机组振动状态的监测数据, 然后根据分析的结果再确定是否需要 进行检修,从而做到减少机组的非计划停机次数、降低发电成本提高设备的可用率。

2 .电厂汽轮发电机组监测系统发展状况:
2 .1 TI S 系统: 早期的电厂对汽轮发电机组的 监护 主要采用了 TI系统, TI作为机组的轴系保 S S 护系统,起到了为防止机组由于振动过大而造成重大安全事故的作用。 汽轮发电机组轴系保护系统(TI ubn Sprioy ntuetto),包括传 S,Trie uevsr Isrmnain 感器系统和二次仪表(振动保护表),可以监测基本的机组振动信息:径向振动(峰峰值和 gp a 电压)、瓦振、轴位移等, 一般具有继电器保护输出功能. 典型系统:Bnl 30 ety30 系列、30 系列,Etk60 系统,Shnk40 系统等。 50 ne 00 cec 00 但是 TI S 系统对机组振动的监测仅限于峰峰值和 gp a 电压; 缺少对机组振动数据的深入 挖掘,如振动波形、频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据不能提供用于机组故障分析的 专业图谱工具; 仅能发挥基本的监测和保护作用, 不能起到深入分析、 诊断机组故障的作用。 2 .2传统的 TM D 系统
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针对 TI S 系统的一些不足之处,目前,各个电厂对汽轮发电机组的 监护 主要采用了 TI S 系统+D 系统的方式。而 TM TM D 系统(即汽轮发电机组振动、状态监测和管理系统)的主 要作用在于对机组运行过程中的振动数据进行采集和分析, 获取包括转速、 振动波形、 频谱、 倍频的幅值和相位等故障特征数据, 并将这些数据转化成易于分析和诊断的振动特征图如频 谱图、时基/bi Ort图、全频谱图等;从而为专业的机组故障诊断人员提供各种振动分析手 段,并协助机组诊断维护专家深入分析机组运行状态和诊断机组运行故障。 汽轮发电机组诊断管理系统(TM ubn igoi aaeet D,TrieDanssMngmn):2 小时不间断 4 在线监测机组运行状态;监测数据包括转速、振动波形、频谱、倍频的幅值和相位等故障特 征数据;监测机组实时数据的同时,一般可以保留机组的趋势、历史以及起停机数据等;一 般可以提供比较丰富的专业诊断图谱(频谱图、轴心轨迹、BD OE图等);为专业机组管理 和诊断人员提供深入分析机组运行状态和诊断机组运行故障; TI 与 S 系统各司其职, 不能相 互代替。典型系统:Bnl M00 etyD20、国内绝大部分在线状态监测产品等。 但是现有 TM D 系统也存在着一定的局限性: 仅能实现单机或在厂内局域网范围内浏览数 据; 不利于诊断专家及时掌握机组运行故障, 不利于集团公司对下属企业的设备管理维护指 导;缺乏对诊断数据的有效提取,不利于机组早期故障的发现和诊断,起停机数据采集密度 不够或容量有限等情况。 2 基于 ITRE 的先进 TM .3 NENT D 系统装置 随着网络技术的发展和 Itre 的普及, nent 为我们在更广大范围内实现机组信息的共享创 造了条件。 电力企业集团公司的管理人员和专业人员希望能在异地, 实时地掌握机组的运行 情况,并实现远程的监测和远程分析诊断,从而促进汽轮发电机组的管理工作,并使专家的 经验能更方便、有效的运用到更广泛的领域。 该装置可以进行远程诊断和精密诊断功能。 远程诊断:同时支持基于 ITRE 和电厂局域网的机组数据 WB NENT E 浏览(BS / 结构);方 便身处异地的诊断专家随时随地掌握机组运行信息, 实现远程专家会诊和知识共享; 设置远 程诊断中心: 将汽轮机组及辅机的全部运行动态数据上传远程中心数据库, 进行数据统一管 理;现场数据接入远程监测中心方便快捷、费用为零:无需采用拨号方式,无需 ITRE NENT 固定 I 地址,仅需依靠用电厂原有网关或代理服务器。 P 精密诊断:识别机组的早期故障,第一时间捕捉和完整保留机组 有效 的诊断数据; 更强大的起停机数据采集和分析,变负荷、变工况监测;同时监测振动数据和工艺量数据, 提供工艺量与振动的相关分析功能; 同时监测汽轮发电机组及关键辅机, 为发电设备提供更
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全面的保护;完全向下兼容 TM D,更稳定可靠、提供更丰富的图谱分析手段。

3 D 系统的现状分析 .TM
在早期, 旋转机械状态监测、 数据管理及故障诊断系统主要靠引进, 如本特利公司 N) (BC 的 TMI M00 Sse 系统等等。但是随着计算机技术和机组振动监测技术的迅速 DI、D20 和 ytm1 发展, 我国也相继涌现出大批生产 TM D 装置的厂家, 总的来看大多数 TM D 均能够准确得到机 组振动的幅值和相位信息,但是对于在高温、高压和高转速情况下运行的大型动力机械,仅 仅这些振动信息是远远不能满振动故障诊断要求的, 还要求其振动分析功能全面、 适用才能 有力地帮助故障诊断人员准确分析和判断机组的振动故障。 由于近年主机设备制造厂加大了自身的技术改造和机组投运阶段的服务, 因此, 机组在 投运和运行阶段的振动故障大为减少, 但是火力发电机组毕竟是一个长寿命的设备, 由于运 行的老化、机器的磨损、运行条件的变化等原因,机组的振动状况也必然会逐步恶化,如果 此时再来关注机组的振动状况那就为时已晚了,从给企业造成直接经济损失。因此,电厂应 该加大重视 TM D 系统。 31 . 传统的 TM D 系统装置分析 从电厂汽轮发电机组传统的 TITM S+D 系统的实际应用情况和其制造厂商来看, 存在着以 下需完善的地方。 311有些 TM装置只适合于机组简单振动故障分析: .. D 目前有些 TM D 装置虽然大多能够 实现振动信号的振幅和相位的测试, 但是其振动特征图的分析功能还远远不能够满足振动工 程人员的需要, 比如轴心位置是用来分析机组在启动、 停机和负荷或其它参数变化过程中轴 在轴承中的变化趋势, 以便分析轴在轴承的工作状况, 然而有些 TM D 装置虽然也提供了相关 轴心轨迹图,但是不仅没有提供光标移动功能(不能判断转子振动的涡动方向),而且仅仅 简单地将所有的振动采集点画出, 当机组的振动较小时且有多种振动频率成分时, 此时的轴 心轨迹就像一个毛线团一样, 使得振动工程分析人员无法从轴心轨迹图得到应该得到的振动 信息。因此, 此类 TM D 只适合于机组简单振动故障的分析;而设备诊断人员则需要丰富的诊 断图谱, 即能有一般的机组正常运行状态下的工作图谱, 同时也有机组起停机状态下的图谱, 这样才能有利于我们对机组进行精密诊断。 312有些 TM装置实用性不强: .. D 有些 TM D 装置的开发商本身并不具备相关机组振动分 析的基础知识,甚至只是电子设备的开发商,因此,在 TM D 开发时只能盲目地模仿其它 TM D 装置的功能。 另外一些 TM D 生产商对现场所需要那些振动分析数据都不甚了解, 只是尽量将
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一些其它振动分析用途的分析功能盲目地放入 TM装置中,如稳态分析完全可用频谱分析 D (FT F)代替的小波分析功能,这不但增加了用户的设备费用,还增加了 TM D 装置的运算负 担;因此要选择适合电厂的 TM D 系统,即实用而且也能为企业服务的 TM D 系统。 313在振动数据库方面不利于振动趋势分析和数据有效提取: .. 大多数厂家仍然采用年 数据库、月数据库、天数据库和小时数据库的传统历史数据库功能,由于实时数据库是定长 记录的,一旦记录充满后,所有的历史数据只能从相应的历史数据库中调用,而在历史数据 库中所采集和存储的数据样本的时间间隔一级比一级大, 这样势必会造成两个数据样本点之 间的振动信息将会随着时间的增长而丢失不利于今后振动的趋势分析。 目前深圳创为实公司 的 S00 80 系统所采用的灵敏度监测以及本特利公司 Sse1 ytm 采用振幅、 相位的相对变化或绝 对变化触发采集就很好解决了这个矛盾; 314有些 TM装置的数据仍采用以文件存储和管理方式的缺陷: .. D 由于临时振动监测装 置不需要长期振动监测, 因此其数据管理则多采用文件管理方式, 其存储的速度和历史数据 的调用受计算机硬件性能的控制,远没有采用专业大型数据库管理如 SL00 Q20 方便和快速, 因此,一旦所调用的历史数据量较大则会导致计算机死机的现象发生; 315TM .. D 装置黑匣子数据库的功能的不足:虽然大多数 TM D 装置声称具有黑匣子数据 库的功能, 但基本上是延续本特利 TMI DI 的功能, 即当机组的振动达到报警或打闸值时, D TM 装置将采集和保存前面一段时间 (这段时间是有限的, 最多能够存储当前实时数据库采集的 所有记录)的振动数据和振动增大后的振动数据,并且其数据库的记录是有限的,一旦黑匣 子数据充满后,只能另开黑匣子数据库,这不但不利于振动信号的连续分析,而且丢失了当 振动信号没有达到报警值前缓慢增大或缓慢减少的变化数据,机组振动的变化数据; 316 .. 由工业计算机加采集卡而组成的 TM D 装置存在一定的局限性:其硬件的可靠性和 计算机性能也远远低于进口的同类产品, 相当一部分 TM D 装置在使用一、 二年后即自行报废; 317目前 TM装置采用 CS .. D /(客服机/ 服务器)结构的缺点:目前 TM装置大多采用 D CS /(客服机/ 服务器)结构,主要应用于企业内部,其远程通信主要通过电话线连接,存在 通信滞后、 实用性不足的缺点。 采用 CS / 结构的 TM D 设备将受到两个装置 (上位机和下位机) 之间的通讯方式而制约数据的传输速度。在先进的 TPI 协议通讯非常流行今天,它不但 C/P 使得 TM D 在局域网上非常不安全,同时严重的制约振动数据的通讯速度; 318TM .. D 装置人性化设计问题:由于中国的固有传统习惯,绝大多数 TM D 在研制和开 发时较少考虑使用者的方便性,如频谱图以最大幅值作为频谱图的刻度范围进行自动变化, 但缺少手工调整刻度手段,当某个频率下的振动幅值较大时,其它的频率成分将会被淹没;
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又如 TM D 中显示某个振动特征图形的刷新率往往要比振动数据的存储间隔要小得多, 一般可 以达 1 秒钟的刷新率,此时如果想看某个时刻的图形(该时刻的数据不会存储),但是 TM D 却没有暂停图形刷新的功能。 3 先进的 TM .2 D 系统装置的分析 针对传统的 TM D 系统存在问题和缺陷,目前国内已经有厂家开发成功了 BS /(浏览器/ 服务器)架构的先进 TM D 系统,且已经用于机组实时监测中。通过企业内部主域服务器接入 Itnt网,机组振动数据同时传到企业内部的服务器和公司总部直接同 Itre nee nent相连接 的数据服务器,企业内部的人员可以通过企业内部局域网访问企业内部服务器,并通过 I E 浏览器查看机组的振动状态数据,同样远方工程分析人员也可以通过 Itre 访问公司总 nent 部的数据服务器实时监控机组的运行状态, 并能及时地向企业返回分析的结构和相应的处理 的措施。 321 .. 采用 BS / 结构的优点 采用 BS / 结构的优点首先是使用方便, 可以使得服务人员对机组的分析诊断做到 随时 随地 ,特别是对于现场维护人员以及可能外聘的诊断专家,优势更加明显;其次是维护方 便。服务人员不必担心自己的计算机重新安装或误删除应用软件;再次是升级方便,远程监 测中心提供某项新功能或推出某个升级软件版本后, 不需要对所有服务人员的计算机进行软 件升级工作, 而只需企业本地服务器通过网络自动下载升级补丁即可, 使用户免除对系统老 化过时的担心。最后是维护费用大大降低,供应商通过远程维护,可以解决用户系统 9% 5以 上的问题,从而降低系统整体费用。 322 .. 先进 TM D 系统稳定性和可靠性的实施技术 先进的 TM D 系统采用全集成专用现场数据采集分析设备, 不同于传统 TM D 系统的工控机 + 数采卡+idw 或 Ds Wnos o 操作系统,其稳定性和可靠性得到大大提高。 在硬件的稳定性与可靠方面,系统采用大型的 FG(大规模可编程逻辑器件)的多 CU PA P 风险分散技术;采用多个内置结构调理板,以排除干扰;采用无硬盘、风扇、键盘、鼠标的 Ali n l noe结构,以减少现场易损部件;并采用完善的系统自检功能,通过面板指示灯, 方便了解现场信号及系统自身的故障。 在软件的稳定性与可靠性方面,采用 LNX IU 嵌入式实时操作系统,更稳定、更可靠,可 完全避免病毒的感染。 在系统结构的稳定性与可靠性方面, 系统的各组成部分都可以独立的工作, 不受其它组 成部分的干扰;数据处理终端可以作为一个独立的工作站,在服务器或网络故障时,可以独
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立工作,一样存储实时及变工况数据;机组历史数据可以多方冗余存储;同时系统采用标准 的 TPI 网络通讯协议,以提高网络连接的可靠性。 C/P 323 .. 高保真数据压缩技术 由于采用了大规模、 高保真的数据压缩技术, 先进 TM D 系统可以保证大量机组运行数据 传输的快速及时性, 最快 1 秒钟就可以向远程监测中心传送一组数据 (包括了机组所有测点 全部原始数据,如波形、频谱、工艺参数等)。同时,该系统采用了基于 HT 协议的数据 TP 传输方案,大大降低了机组数据接入远程中心的 门槛 ,对于已具备基本局域网条件的企 业,其网络投入成本和数据接入工作量为零。

4 .电厂设备人员和设备诊断人员需要什么样的 TM D 系统
由于多年从事调试 TM D 的经验和现场工作的实际情况来看, 对于我们设备人员和设备诊 断人员需要什么样的 TM D 系统提出几点建议, 供相关用户在选择 TM D 装置时做出正确的决策。 41 . 对于电厂设备人员需要什么样的 TM D 系统: (1 )稳定性好,易维护:采用 Ali n l noe的专用现场数据采集站,并采用软件固化 技术的嵌入式操作系统,真正做到免维护; (2 )扩展性好:板卡级分布式网络结构,能方便地进行系统扩展,对没有安装传感器 的关键辅助机泵等也能方便地接入系统; (3 )安装方便:现场仪表、TI I、DS等的全方位信号接入方案,工程时间 13 S、SS C - 天; (4 )卓越的售后服务:不但提供定期、主动的售后服务,更有长久的软件个性化定制 及升级服务; (5 )远程诊断支持:强大的远程专家诊断队伍,随时提供机组定期分析报告、故障预 警、故障诊断及现场服务。 42 . 设备诊断人员需要什么样的 TM D 系统: () 1强大的远程功能: 采用基于 Itre 网络的 BS nent / 数据传输结构, 浏览用户不需安装 任何专用软件,直接通过 I 进行数据浏览; E () 2浏览速度快:数据的高保真压缩功能,确保浏览数据的刷新速度; () 3丰富的诊断图谱:4 大类 2 种图谱,满足诊断需求; 8 () 4操作简单方便:采用人性化的全中文界面,各种不同图谱能很方便地进行切换; () 5诊断数据全面:海量数据挖掘专利技术,存储有诊断价值的数据,数据永不覆盖及删 除;
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因此, 好的 TM D 装置不仅能够一直连续等间隔地保存机组所有振动数据 (包括启动和停 机的瞬态数据),而且还能够为振动分析人员提供相关数据的变化趋势,同时也能够使振动 专家不必亲临现场而直接通过 Itre 网络调用振动数据,在随时掌握机组在现场的运行 nent 状态的同时,帮助电厂管理者对机组的运行、维护、做出正确的决策。

5 .结束语
目前 TM装置处于一个非常尴尬的地位,一方面,用户限于政策不得不在新机上配备 D TM D 装置,但另一方面,在短期或在机组正常运行时,TM D 却很难发挥其经济效益;再加上 电厂的现有的管理模式,TM D 装置由热工人员负责调试和维护,由于专业上的差别,同样也 使得 TM D 系统的功能很难发挥其应有的作用。为此,用户在选择 TM D 装置时,不太注重 TM D 装置的具体分析功能,而是单纯价格来定购 TM D 装置。 本文的目的在于帮助用户有目的选用真正适合机组运行和监护的 TM D 装置, 根据笔者的 经验,用户在选择 TM装置时,不能单单以价格作为采购的依据,事实上只要不同厂家的 D TM D 大体上看是没有多大区别的,但是对于振动分析人员来说其差别是很大的,因此建议用 户选择 TM D 应注意以下几点: 及时同设备主机厂家有关 TM D 调试人员联系,听取他们的推荐; TM的绝大部分分析功能应同本特利(Sse )系统基本类似,国内已经有 TM达到 D ytm1 D 了这些分析功能; TM D 装置必须有真正基于 Itre 远程访问功能,并且不要电厂改造现有的局域网; nent 注重 TM D 装置采集、存储、管理和分析功能,以智能故障诊断功能为辅的原则。

参考文献: 陆颂元、汪江、刘晓峰、王青华《关于当前国内故障智能诊断研究中的若干问题》。

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