邵昌盛，陳華輝

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

0 引言

目前，國內(nèi)越來越多的火電廠采用TDM（Turbine Diagnosis Management）系統(tǒng)（汽輪發(fā)電機(jī)組診斷管理系統(tǒng)）對汽輪機(jī)組進(jìn)行振動監(jiān)測與故障診斷，主要作用：對汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析；獲取包括轉(zhuǎn)速、振動波形、頻譜以及各頻率成分的幅值和相位等故障特征數(shù)據(jù)，為故障診斷人員提供數(shù)據(jù)及專業(yè)的圖譜工具；協(xié)助振動專家深入分析機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)等。

現(xiàn)有的TDM系統(tǒng)存在的不足：一是缺少對汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)的監(jiān)測，對判斷機(jī)組故障造成不便；二是系統(tǒng)的遠(yuǎn)程連接功能不夠安全便捷，無法較好地借助廠外專家力量進(jìn)行故障診斷。

為了解決以上2個(gè)問題，湛江電廠對原有的TDM系統(tǒng)進(jìn)行了完善，增加了汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，改進(jìn)了系統(tǒng)遠(yuǎn)程連接功能，使得汽輪機(jī)組故障診斷變得更加準(zhǔn)確、安全和便捷。

1 過程量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能

過程量數(shù)據(jù)是指汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中一些不斷變化的參數(shù)，包括發(fā)電機(jī)功率、主汽壓力、主汽流量、潤滑油溫、各高壓調(diào)節(jié)閥開度等。在汽輪機(jī)組的運(yùn)行過程中，很多振動變化都是因?yàn)槟骋粋€(gè)或者幾個(gè)過程量變化而引起的，將振動數(shù)據(jù)與過程量數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，可以更全面、有效地診斷汽輪機(jī)組的故障。

為增加汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，湛江電廠對原有的TDM系統(tǒng)進(jìn)行了完善，系統(tǒng)主要由SIS系統(tǒng)（Supervisory Information System，實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)）、TDM接口機(jī)、安全隔離網(wǎng)閘和原有TDM系統(tǒng)組成（圖1）。

SIS系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能是通過SIS交換機(jī)從 DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）接口機(jī)中取得汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)并上傳至SIS服務(wù)器以供電廠員工實(shí)時(shí)監(jiān)控。在SIS系統(tǒng)傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，湛江電廠在SIS交換機(jī)和TDM交換機(jī)中間增設(shè)了1臺TDM接口機(jī)和安全隔離網(wǎng)閘。TDM接口機(jī)中安裝有過程量采集軟件，一端與SIS交換機(jī)相連，負(fù)責(zé)從中采集汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)；另一端與安全隔離網(wǎng)閘相連，負(fù)責(zé)向網(wǎng)閘傳輸采集到的過程量數(shù)據(jù)。安全隔離網(wǎng)閘用于將TDM接口機(jī)采集到的過程量數(shù)據(jù)單向傳輸給TDM交換機(jī)，同時(shí)利用安全隔離功能防止TDM系統(tǒng)對SIS系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)造成干擾，保證生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的安全。

TDM交換機(jī)接受到TDM接口機(jī)與安全隔離網(wǎng)閘傳輸來的過程量數(shù)據(jù)，同時(shí)還接受到各臺機(jī)組振動采集器采集到的振動數(shù)據(jù)，兩者綜合后傳輸給各臺機(jī)組的TDM服務(wù)器，供電廠專業(yè)人員進(jìn)行故障診斷。

該創(chuàng)新功能既能安全地監(jiān)測汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)，又可以避免TDM系統(tǒng)對SIS系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)造成干擾，降低了因?yàn)楸O(jiān)測不到汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)而無法正確判斷振動異常原因的機(jī)率，提高了汽輪機(jī)組故障診斷的準(zhǔn)確性，對火電廠汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

2 遠(yuǎn)程連接功能

現(xiàn)有火電廠的TDM系統(tǒng)大都使用2種方式供廠外的用戶遠(yuǎn)程查看：一是讓廠外用戶通過互聯(lián)網(wǎng)直接訪問廠內(nèi)的TDM服務(wù)器，查看各種振動數(shù)據(jù)；二是在廠內(nèi)將TDM系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中，供廠外用戶查看。第一種方式雖然方便，但安全性較差，直接開放廠內(nèi)的TDM服務(wù)器容易導(dǎo)致外部網(wǎng)絡(luò)對其產(chǎn)生影響，使系統(tǒng)發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)甚至有可能影響電廠安全生產(chǎn)；第二種方式安全性好，但是需要不斷上傳大量數(shù)據(jù)，而且需要單獨(dú)設(shè)置數(shù)據(jù)庫來存儲海量數(shù)據(jù)，維護(hù)起來比較麻煩且花費(fèi)較高。

圖1 過程量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能系統(tǒng)拓?fù)鋱D

為了解決以上問題，湛江電廠創(chuàng)新地在TDM交換機(jī)和辦公網(wǎng)交換機(jī)之間增設(shè)了1臺TDM鏡像服務(wù)器和1臺安全隔離網(wǎng)閘，辦公網(wǎng)交換機(jī)與TDM鏡像服務(wù)器連接，TDM鏡像服務(wù)器經(jīng)由安全隔離網(wǎng)閘與TDM交換機(jī)連接（圖2）。

在改進(jìn)后的系統(tǒng)中，TDM交換機(jī)可以實(shí)時(shí)將TDM服務(wù)器上的數(shù)據(jù)鏡像到TDM鏡像服務(wù)器上，廠外專家只需要通過辦公網(wǎng)交換機(jī)訪問到TDM鏡像服務(wù)器，就可以對TDM系統(tǒng)采集到的汽輪機(jī)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和分析，非常便捷。同時(shí)，安全隔離網(wǎng)閘只允許汽輪機(jī)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)由廠內(nèi)的TDM交換機(jī)鏡像到TDM鏡像服務(wù)器上，而不允許與互聯(lián)網(wǎng)連接的辦公網(wǎng)交換機(jī)及電廠員工計(jì)算機(jī)對TDM系統(tǒng)造成任何影響，保證了安全性。

3 實(shí)際案例應(yīng)用

湛江電廠2#機(jī)組于2017年2月到4月大修，4月9日2：13，大修后機(jī)組首次冷態(tài)沖轉(zhuǎn)，在1200 r/min暖機(jī)過程中，3#，4#軸承振動爬升，其中3#瓦平振最高升至119 μm。后降轉(zhuǎn)速至600 r/min，降速過程中振動繼續(xù)增大，3#瓦平振最高升至198 μm。之后運(yùn)行人員執(zhí)行打閘操作，轉(zhuǎn)子靜止后投入盤車運(yùn)行。

利用改進(jìn)前的TDM系統(tǒng)對該故障進(jìn)行分析。從振動異常時(shí)的波形頻譜圖發(fā)現(xiàn)，振動波形為正弦波，頻譜中以一倍頻為主，沒有異常頻率成分，從該圖中無法判斷究竟是何種故障。利用軸心軌跡圖、波德圖、軸中心線位置圖等傳統(tǒng)TDM系統(tǒng)的振動分析方法，也無法準(zhǔn)確判斷出故障的根源。于是湛江電廠利用TDM系統(tǒng)的新功能，將汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)與振動數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合趨勢分析。2#機(jī)汽輪機(jī)2017年4月9日 02:07:38至04:06:00的振動曲線如圖3所示。其中，3×通頻幅值最大197.9 μm，最小2.5 μm；偏心最大值 56.06 μm，最小 0.5 μm。

圖2 遠(yuǎn)程連接功能系統(tǒng)拓?fù)鋱D

將汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)如主汽壓力、主汽溫度、偏心值等添加進(jìn)TDM系統(tǒng)多點(diǎn)趨勢圖，發(fā)現(xiàn)主汽壓力、主汽溫度等參數(shù)變化不大，但是偏心值參數(shù)在振動波動的過程中也有較大變化量。

偏心值指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的晃動度，一般表示轉(zhuǎn)子彎曲程度。從圖3可以看出，3#軸承在振動變大過程中，偏心值不斷增加，說明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲程度越來越大，因此導(dǎo)致頻譜中1倍頻非常突出。在機(jī)組打閘盤車后，偏心值又逐漸回落，說明盤車過程中轉(zhuǎn)子彎曲程度恢復(fù)正常，屬于熱彎曲的特征。

熱彎曲一般為轉(zhuǎn)子受熱不均勻?qū)е?，常常因?yàn)槟Σ炼?，再?lián)系機(jī)組在大修期間為了保證機(jī)組效率將汽封間隙全部按照規(guī)定范圍內(nèi)的最小值調(diào)整這一事實(shí)，電廠專業(yè)人員因此初步判斷機(jī)組發(fā)生了動靜碰磨故障。

為了更準(zhǔn)確判斷故障，湛江電廠利用TDM系統(tǒng)的遠(yuǎn)程連接功能，請東南大學(xué)振動專家楊建剛教授在南京遠(yuǎn)程查看2#機(jī)組的振動及過程量數(shù)據(jù)。楊教授通過分析振動異常時(shí)的振動特征及過程量變化，肯定了電廠專業(yè)人員的判斷，并建議下次啟機(jī)時(shí)降速暖機(jī)，以防止振動突升。

當(dāng)轉(zhuǎn)子熱彎曲恢復(fù)后，運(yùn)行人員再次開機(jī)，保持800 r/min的較低轉(zhuǎn)速暖機(jī)，讓動靜間隙可以充分摩擦，又不至引起較大振動。在一段時(shí)間的暖機(jī)過后，機(jī)組終于順利沖轉(zhuǎn)至3000 r/min。

4 結(jié)論

湛江電廠通過對原有TDM系統(tǒng)的完善，增加了汽輪機(jī)組過程量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，改進(jìn)了系統(tǒng)遠(yuǎn)程連接功能，既提高了汽輪機(jī)組故障診斷的準(zhǔn)確性，又保證了火電廠系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。通過2#機(jī)組動靜碰磨的故障診斷證明，TDM系統(tǒng)創(chuàng)新功能有效，對火電廠汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要意義。

圖3 過程量與振動數(shù)據(jù)綜合分析