汽轮机转子在线故障诊断系统129360.docx

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1、汽轮机转子在线故障诊断系统谢诞梅1，阚阚伟民2，朱洪波波3，朱定伟伟4，刘先斐斐1，王建梅梅1，胡念苏苏1（1. 武武汉大学动动力机械学学院，湖北北武汉 44300772；2. 广东东省电力试试验研究所所，广东 广州 55106000；3. 广东东省电力集集团公司，广广东 广州州 5100600；4.韶关发发电厂检修修公司，广广东 韶关关 5122132）摘要：汽轮轮机转子在在线故障诊诊断是关系系到发电厂厂安全运行行的重要课课题之一。为为此，开发发了基于WWindoows，采采用DELLPHI语语言编程的的汽轮机在在线故障诊诊断系统（TTRFDSS）。其硬硬件包括传传感器、振振动数据采采集卡和

2、计计算机设备备；系统软软件包括数数据采集、振振动信号的的监测及分分析、模糊糊故障诊断断、数据库库管理功能能模块及其其它辅助软软件。TRRFDS具具有操作简简单、采集集分析速度度快、精度度高、故障障诊断和预预测功能较较强等特点点。模拟实实验表明，该该系统能满满足现场在在线监测和和故障诊断断的要求。关键词：汽汽轮机；在在线；故障障诊断；自自动化系统统汽轮机是火火电厂的核核心设备之之一。在长长期连续高高速旋转过过程中，汽汽轮机转子子在某些情情况下可能能出现故障障，而汽轮轮机故障程程度不同将将引起机组组振动。异异常振动对对安全生产产构成了重重大隐患，并并已经造成成了一些严严重的设备备事故。如如1988

3、8年我国秦秦岭发电厂厂200 MW汽轮轮发电机组组的严重断断轴毁机事事故，就造造成了巨大大的经济损损失。由此此可见，汽汽轮机转子子在线故障障诊断是关关系到发电电厂安全运运行的重要要课题之一一。为此，我我们开发了了基于Wiindowws操作系系统、采用用Delpphi语言言编程的汽汽轮机转子子在线故障障诊断系统统（TRFFDS）。1 系统的的特点TRFDSS的主要任任务是实现现对汽轮发发电机组转转子的状态态监测、报报警处理、数数据采集、数数据管理、数数据分析、故故障诊断和和维护咨询询等。TRRFDS的的特点是：a) 能适适应大型汽汽轮机转子子在线监测测的要求，即即精度高，采采样、分析析速度快，可

4、可以满足机机组启停监监测的要求求；b) 能满满足变转速速下整周期期采样的要要求；c) 具有有较强的分分析、诊断断和预报功功能；d) 操作作简便，自自动化程度度高，同时时能直观地地显示各种种图像和数数据，反映映振动参数数的变化趋趋势。2 硬件配配置TRFDSS由硬件和和软件两大大部分组成成，硬件部部分包括传传感器、数数据采集卡卡和计算机机等。2.1 传传感器传感器是实实现振动测测量的首要要环节。传传感器的种种类很多，TTRFDSS系统采用用电涡流传传感器和光光电传感器器分别测量量振动的振振幅、相位位和转速。汽轮机转子子在运行过过程中可能能发生各种种故障，如如质量不平平衡、摩擦擦、油膜振振荡、气流

5、流激振和参参数激振等等。当汽轮轮发电机组组的转速为为3 0000 r/min时时，还可能能激发分频频振动和高高次谐波振振动。也就就是说可能能激发1/4基频至至8倍频（即即12.554000 Hz）的的频率振动动。通常电电涡流传感感器的频率率响应范围围为0110 kHHz （112 ddB），能能够满足汽汽轮机发电电机的这种种频率要求求。2.2 振振动数据采采集卡汽轮机转子子在运行时时，其转速速高达3 000 r/miin，因此此需要采用用高性能的的数据采集集卡。本系系统采用的的高速数据据采集卡具具有高速、高高分辨率、实实时采样，采采样数据可可以实时读读入PC内内存，采样样容量仅受受PC限制制等

6、特点。2.3 计计算机TRFDSS选用Peentiuum 2000及以上上计算机，并并配以高速速数据采集集卡，其速速度快，抗抗干扰能力力强，容量量大。此外外，还设有有打印机和和其它外围围设备。3 软件设设计TRFDSS的软件包包括操作环环境（Wiindowws 955或Winndowss 98）和和分析、诊诊断软件等等。具体分分为如下几几个模块：数据采集集、信号监监测分析、故故障诊断、数数据库管理理和其它辅辅助软件。系系统软件的的功能框图图如图1所所示。3.1 语语言的选用用目前常用的的基于Wiindowws的程序序开发语言言有Vissual BASIIC，Deelphii，Vissual C

7、+和和C-SDDK等，由由于在线监监测与故障障诊断系统统需要进行行大量的计计算和逻辑辑处理，因因此必须具具有较快的的处理速度度。为此，我我们分别用用以上几种种语言编写写了循环程程序以测定定其执行速速度，若以以Delpphi为标标准（1000%），则则各种语言言的执行速速度如表11所示。由表1可以以看出，CC-SDKK的执行速速度最快，随随后依次是是Visuual CC+、DDelphhi和Viisuall BASSIC。显显然，对于于Visuual BBASICC，由于其其运算速度度较慢，不不宜用于现现场实时使使用。而其其他三种语语言运算速速度相差不不大，均可可以作为开开发语言。TRFDSS采

8、用Deelphii语言。事事实证明，该该语言功能能非常强大大。它不仅仅继承了PPASCAAL语言中中的Objject Pasccal的OOOP技术术，而且吸吸收了多种种编程语言言的精华，如如：Vissual BASIIC，Poower Buillder，VVisuaal C+等。因因此，它既既具有Viisuall BASSIC的快快速开发能能力，又具具有Powwer BBuildder的强强大数据库库能力，而而且其程序序执行速度度几乎与VVisuaal C+不相上上下。Deelphii提供的VVCL控件件库是在DDelphhi上开发发应用的基基石。VCCL提供了了用于界面面设计、数数据库、列列

9、表框、菜菜单等的一一般控件，还还有诸如栅栅格、表、记记事本等实实用控件，恰恰好满足应应用程序的的需要。Delphhi的DAATA AACCESSS向Deelphii提供了用用于访问数数据库的对对象，包括括建立连接接、访问数数据、查询询等。使用用ODBCC标准接口口，Dellphi也也可以访问问dBASSE和Paaradoox的文件件。而且可可以在Deelphii的集成环环境中进行行直接数据据库操作，增增强了数据据操作的直直观性。DDelphhi强大的的数据库开开发功能使使得本系统统具有强大大的数据库库管理功能能，保证了了各种数据据的存贮及及调用。3.2 振振动信号的的采集振动信号的的采集选用用

10、整周期采采样方式。根据Shaannonn采样定理理，要想不不丢失信息息，最低的的采样频率率为fs2ffm或s2m.工程实际应应用时，往往往还要把把采样频率率取高一些些，一般取取fs2.56fmm，式中fm最高分分析频率，即即经过抗混混滤波后分分析信号的的最高频率率；m最最高分析角角频率；fs最最低采样频频率；s最最低采样角角频率。如果采样频频率低于22倍频率中中的最高分分析频率，离离散信号经经傅立叶变变换（FFFT）后，在在频域内将将发生信号号混淆。由由于汽轮机机转子的振振动信号是是一种多频频率成分的的信号，在在机组升降降转速的过过程中，最最高采样频频率随着转转速而变化化。如果采采用固定的的采

11、样频率率，其值小小于最高转转速下的22倍最高频频率分量时时，频谱分分析误差很很大。而如如果采用跟跟踪转速变变换的采样样频率方式式，就保证证了在不同同的转速下下有相同的的采样点数数，消除了了频谱的混混淆现象，使使频谱分析析具有相同同的精度。整周期采样样时，系统统的采样频频率动态地地跟踪转速速信号频率率的变化。即即转速信号号频率高，则则采样间隔隔变短；反反之采样间间隔加长。确确保在采样样点数不变变的情况下下，采样间间隔均匀，所所采信号周周期完整。3.3 振振动信号的的监测及分分析软件的监测测分析部分分负责数据据分析、监监测报警和和大部分的的日常事务务性工作。本系统可以以在时域、频频域、幅值值域等对

12、振振动信号进进行分析，以以便从不同同的角度对对振动信号号进行观测测和分析。3.4 模模糊诊断软软件的实现现模糊诊断过过程为：a) 采集集数据，分分别计算各各通道每转转动一周振振动信号最最大值的平平均值，输输入振动的的预警门限限值，然后后对二者进进行比较来来判断机组组振动是否否异常。如如果机组所所有通道的的振幅的最最大平均值值均没有超超过预警门门限值，则则表示机组组运行正常常；如果有有一个以上上通道振动动值超过预预警门限值值，则自动动进入诊断断状态。此此外，运行行人员还可可以根据机机组的实际际情况，手手动进入诊诊断状态。b) 对超超限通道轮轮流进行FFFT变换换，计算出出10种频频率的特征征量，

13、即（00.010.399） f11，（0.40.49） f1，0.55f1，（0.5100.59）ff1， f1，2f1，（35）f11，奇数ff1，高频ff1，电网ff1。（f1为工作频频率）c) 利用用频率特征征分量与故故障之间的的数学模型型、模糊关关系矩阵和和模糊向量量，计算出出各种故障障类型的隶隶属度。d) 建立立模糊向量量的多因子子综合判断断，根据隶隶属度最大大值原则，对对出现预警警的通道进进行统计分分析，综合合判断，最最后给出隶隶属度最大大的三种故故障。3.5 数数据库管理理数据库管理理模块是整整个系统软软件的重要要组成部分分，本数据据库系统的的主要功能能有两个方方面：一是是数据的

14、输输入和存储储；二是数数据的查询询和输出。本本系统数据据库利用DDelphhi中提供供的功能强强大的数据据库应用开开发工具创创建。本系统能够够自动组织织采集到的的数据生成成两种不同同类型的数数据库，分分别从不同同侧面反映映机组的运运行情况。3.5.11 危险数数据库当采集到的的转子振动动数据超过过其上、下下限时，每每2 s记记录一组所所有信号通通道的采集集数据，可可连续记录录机组运行行一天的数数据。3.5.22 历史数数据每30 mmin记录录一组所有有信号通道道当时的平平均数据，连连续记录机机组一年的的运行数据据。上述两个数数据库的记记录数据项项结构相同同，其中含含有振幅、相相位、记录录时间

15、等项项目。当数数据库达到到所规定的的容量时，数数据库将自自动翻滚刷刷新，即记记录新数据据，而最初初的记录数数据将被冲冲掉。本系统设计计了十分友友好的人机机界面，以以方便用户户对数据库库的查询，查查询主要以以报表的形形式进行。报报表包括危危险数据报报表和日报报表两种。危危险数据报报表查询针针对振幅超超限的数据据；日报表表查询针对对历史数据据库。以上上报表均可可打印输出出和通过屏屏幕预览。3.6 其其它辅助软软件本系统软件件除了包括括上述内容容外，还包包括一些辅辅助软件：转子动平平衡程序和和机组临界界转速计算算程序。4 结束语语基于Winndowss操作环境境、采用DDelphhi语言编编程的汽轮

16、轮机转子在在线故障诊诊断系统具具有操作简简单、采集集分析速度度快、精度度高、开发发周期短等等特点，并并具有较强强的故障诊诊断和预测测功能，能能满足汽轮轮机转子在在线监测和和故障诊断断的要求。在实验室转转子实验台台上对某2200 MMW汽轮机机转子的连连续模拟实实验结果表表明，该系系统运行正正常，诊断断结果正确确，能满足足现场的在在线要求。参考文献：1谢诞诞梅. 汽汽轮发电机机组转子机机械故障模模糊诊断系系统的开发发与研究J. 武汉水利利电力大学学学报，11999（66）.2 李李录平，徐徐煜兵，贺贺国强，等等. 旋转转机械常见见故障的实实验研究J. 汽轮机技技术，19998（11）.作者简介：谢诞梅（11962），女，湖湖北黄冈人人，副教授授，武汉大大学动力机机械学院在在读博士生生，研究方方向为汽轮轮机故障诊诊断与寿命命管理。