旋轉(zhuǎn)設(shè)備集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)在電廠的應(yīng)用

北京ABB貝利工程有限公司 鄭 明，宋相儒

本文介紹了ABB集成化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)在發(fā)電廠的典型應(yīng)用，并與傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。指出在工業(yè)數(shù)字化浪潮下，集成化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)挖掘的大勢(shì)所趨。

旋轉(zhuǎn)設(shè)備；集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)；Symphony Plus

眾所周知，旋轉(zhuǎn)設(shè)備特別是大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在各個(gè)工業(yè)行業(yè)中占有重要的地位，對(duì)于發(fā)電行業(yè)也不例外。從汽輪機(jī)、磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵到給水泵等，都離不開狀態(tài)監(jiān)測(cè)。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備連續(xù)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，通過判斷當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)為預(yù)見和預(yù)測(cè)性維護(hù)提供依據(jù)。圖1所示為汽輪發(fā)電機(jī)軸系的狀態(tài)監(jiān)測(cè)示意圖。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)軸系的狀態(tài)監(jiān)測(cè)示意圖

本文所闡述的集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)在于“集成”和“狀態(tài)”。業(yè)內(nèi)常說振動(dòng)監(jiān)測(cè)，其實(shí)“振動(dòng)”只是狀態(tài)監(jiān)測(cè)里的一個(gè)參數(shù)，只不過振動(dòng)信號(hào)的復(fù)雜度以及其所能涵蓋的機(jī)械設(shè)備故障的廣度奠定了它在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要性。然而很多情況下，大家都忽略了狀態(tài)監(jiān)測(cè)是一個(gè)整體，是設(shè)備所有狀態(tài)中的一部分，而過分強(qiáng)調(diào)“振動(dòng)”。進(jìn)一步講，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為全廠資產(chǎn)管理及維護(hù)中的一員，與設(shè)備其它狀態(tài)和工藝過程密不可分。本文所述的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅包含最常見的振動(dòng)信號(hào)，還包括偏心、軸位移、脹差、缸脹、相位等狀態(tài)信號(hào)。[1]

旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備，比如電機(jī)，從工藝上來說都是密不可分的，然而現(xiàn)有的振動(dòng)系統(tǒng)，即使是傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都把振動(dòng)或者狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)與設(shè)備的其它信號(hào)（如運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)、軸承溫度、定子穩(wěn)定等）人為隔離在不同系統(tǒng)中，形成信息孤島，不利于從整體角度對(duì)設(shè)備和工藝監(jiān)控做出維護(hù)決策。本文所闡述的“集成”理念，不僅指結(jié)構(gòu)集成，而是更深入實(shí)現(xiàn)與DCS的集成，其作為一個(gè)部分納入到電廠的自動(dòng)化管理平臺(tái)，滿足機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、集中控制以及提高綜合自動(dòng)化水平的需要。

下文以華潤(rùn)電力焦作龍?jiān)措姀S（以下簡(jiǎn)稱客戶）為例，介紹集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)在發(fā)電廠的應(yīng)用?？蛻粢鬄橐L(fēng)機(jī)、汽動(dòng)給水泵配置狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。ABB提交的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案與Symphony Plus DCS控制系統(tǒng)完全集成，使得這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息都統(tǒng)一到同一個(gè)控制平臺(tái)，有利于業(yè)主監(jiān)控和事故分析。

ABB提供了2個(gè)控制柜，將A、B側(cè)設(shè)備分散配置，與DCS機(jī)柜一起布置在電子間，共享平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無縫銜接及統(tǒng)一管理功能。系統(tǒng)接受兩路交流220V、20A供電電源。每個(gè)機(jī)柜配置兩塊24V DC、10A電源，冗余配置，給卡件和繼電器供電，實(shí)現(xiàn)電源單點(diǎn)故障時(shí)的自動(dòng)無擾切換，且提供電源失電報(bào)警信號(hào)給操作員站。

每臺(tái)汽動(dòng)給水泵、引風(fēng)機(jī)分別配置以下狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

? 超速保護(hù)：采用三取二超速保護(hù)測(cè)量方式。測(cè)量范圍：0～9999rpm。每通道都具有一路4～20mA電流和一路脈沖輸出。報(bào)警信號(hào)和超速停機(jī)信號(hào)分別輸出到繼電器。

? 鍵相測(cè)量：使用1只傳感器。用作鍵相信號(hào)測(cè)量，用于振動(dòng)分析并提供接口輸出至其他分析儀器，提供參考相位信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟停盤車功能。

? 軸振測(cè)量：設(shè)計(jì)4個(gè)測(cè)量通道。使用4只渦流傳感器及配套的前置器，分別在前、后軸承處X、Y方向監(jiān)測(cè)軸振動(dòng)。每通道都具有一路4～20mA電流輸出。前、后軸報(bào)警信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

? 位移測(cè)量：設(shè)計(jì)2個(gè)測(cè)量通道。使用2只渦流傳感器及配套的前置器，監(jiān)測(cè)大軸位移。測(cè)量范圍：-1.5～＋1.5mm。每通道都具有一路4～20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)并聯(lián)后輸出至繼電器，危險(xiǎn)信號(hào)作與邏輯輸出至繼電器。

? 減速機(jī)軸振測(cè)量：設(shè)計(jì)4個(gè)測(cè)量通道。使用4只渦流傳感器及配套的前置器，分別監(jiān)測(cè)軸振動(dòng)。每通道都具有一路4～20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)及危險(xiǎn)信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

? 引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)：設(shè)計(jì)2個(gè)測(cè)量通道。使用2只電動(dòng)式傳感器和監(jiān)測(cè)板，每通道都具有一路4～20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)及危險(xiǎn)信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

? Symphony Plus的HMI，集成了狀態(tài)分析軟件Analyst。

以上所有狀態(tài)信號(hào)，均由一種類型的卡件處理，即MCM800。它測(cè)量除轉(zhuǎn)速外的所有狀態(tài)信號(hào)，如圖2所示。

圖2 振動(dòng)檢測(cè)模件MCM800

其特性如下：

? 單一模件實(shí)現(xiàn)完善的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，滿足大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷需求，包括：振動(dòng)、偏心、軸位移、脹差、缸脹等，減少了備件種類和數(shù)量；

? 一個(gè)模件4個(gè)信道，每個(gè)信道可以獨(dú)立配置為所需的狀態(tài)信號(hào)；

? M C M 8 0 0可以作為獨(dú)立系統(tǒng)工作，還可以通過PROFIBUS和MODBUS RTU接口接入控制系統(tǒng)；

? 能接受任意類型探頭輸入信號(hào)，精度自校驗(yàn)功能，板載1個(gè)報(bào)警和1個(gè)跳閘繼電器輸出；

? 既可以與DCS集成，又可以獨(dú)立配置；

? 連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)視和保護(hù)，支持在線診斷功能。

TP800為ABB智能轉(zhuǎn)速檢測(cè)及保護(hù)模塊如圖3所示，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)零轉(zhuǎn)速和控制轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量，并集成硬件超速保護(hù)功能。TP800的超速跳閘、保護(hù)功能具有SIL3安全認(rèn)證?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的超速保護(hù)功能。它是一款智能型卡件，內(nèi)部集成獨(dú)立控制器，即使與外部控制器的通訊故障，也可以自主工作，實(shí)現(xiàn)安全停車。

圖3 轉(zhuǎn)速檢測(cè)及保護(hù)模塊

? 快速響應(yīng)：運(yùn)算功能獨(dú)立于主控制器，因此具有快速的響應(yīng)時(shí)間（＜ 8ms）；

? 靈活性：參數(shù)可組態(tài)，可根據(jù)需要定制TP800的各種功能；

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入組態(tài)，保護(hù)功能選擇，保護(hù)設(shè)定值調(diào)整，繼電器輸出編程，帶電/失電選擇；

? 自動(dòng)超速試驗(yàn)：內(nèi)部設(shè)定的斜坡轉(zhuǎn)速信號(hào)，用于保護(hù)功能試驗(yàn)。

狀態(tài)分析軟件Analyst，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析提供強(qiáng)大的圖形工具，獲取機(jī)械和過程數(shù)據(jù)繪圖。如軸心軌跡、頻譜、時(shí)域、頻域波形圖等各種圖形，幫助分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘深度，提供預(yù)測(cè)性維護(hù)指導(dǎo)，如圖4所示。

圖4 Analyst 分析軟件概貌

華潤(rùn)電力焦作龍?jiān)措姀S2×660MW超超臨界火電機(jī)組工程項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)機(jī)組順利分別于2014年12月和2015年4月通過168小時(shí)試運(yùn)行，正式投入運(yùn)營。是國內(nèi)唯一兼具供電、供熱的2×660MW超超臨界火電機(jī)組。到目前為止系統(tǒng)運(yùn)行良好，為電廠的穩(wěn)定、安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在工業(yè)4.0及國內(nèi)數(shù)字化電廠建設(shè)的浪潮下，“控制、管理、運(yùn)維”三者之間的鴻溝被逐步填平，最終達(dá)到信息從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制層、數(shù)據(jù)分析層、后臺(tái)運(yùn)維、最終反饋到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的閉環(huán)信息流向。所以，能夠消除信息孤島的集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)此閉環(huán)的前提條件，也將是大勢(shì)所趨。另一個(gè)不容忽視的方向是數(shù)據(jù)挖掘，當(dāng)所有信息都被整合到一個(gè)平臺(tái)后，深度的數(shù)據(jù)挖掘?qū)樯a(chǎn)、運(yùn)維帶來前所未有的價(jià)值。ABB在歐美市場(chǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，擁有眾多成功的數(shù)據(jù)挖掘案例，提高設(shè)備可靠性及可用性，從而降低運(yùn)維成本。我們?cè)跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)方面依然有很長(zhǎng)的路要走。

[1] 丁紹輝. 集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)[Z].

Application of Integrated Condition Monitoring of Rotating Equipment in Power Plant

The article introduced the typical application of the ABB integrated condition monitoring in power plant, and compared with the traditional condition monitoring system. It concludes that integrated condition monitoring and data mining will be the main stream especially in the wave of industrial digitalization.

Rotating equipment; Integrated condition monitoring; Symphony Plus

鄭明（1981-），男，山東濟(jì)南人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京ABB貝利工程有限公司，主要從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械控制保護(hù)及檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試工作。

宋相儒（1978-），男，陜西咸陽人，畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱工自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為北京ABB貝利工程有限公司業(yè)務(wù)拓展專員，研究方向?yàn)殡姀S熱工自動(dòng)化及儀表。