电厂辅机振动监测系统研究

《电厂辅机振动监测系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

2012-07-19#####电##厂##辅##机#2振01动2-0监7-测19系##统##研#2#0究#1#2-07-19########原国成1,于达仁2,郭金光3(1.牡丹江第二发电厂,黑龙江牡丹江157015;2.哈尔滨工业大学能源学院,黑龙江哈尔滨150001;3.黑龙江省电力科学研究院,黑龙江哈尔滨150030)摘要:电厂主要设备的可靠性分析和故障诊断技术已经得到普遍的重视,然而对辅机设备的状态监测与故障分析技术还没有充分展开。因此,经过调研开发了电厂辅机设备振动状态监测系统,应用传感器技术、网络技术和数据库技术,实现了辅机设备振动量的实时发布、分析和存储。关键词:电厂;辅助设备;振动监测中图分类号:TK39文献标识码:A文章编号:1002-1663(2007)02-0086-05StudyonvibrationmonitoringsystemofauxiliaryequipmentsinelectricpowerplantYUANGuocheng1,YUDaren2,GuoJinguang3(1.MudanjiangNo.2ElectricPowerPlant,Mudanjiang157015,China;2.SchoolofPowerScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;3.HeilongjiangElectricPowerResearchInstitute,Harbin150030,China)Abstract:Thefeasibilityanalysisandfaultdiagnosistechniquefortheprimaryequipmentinanelectricpowerplanthasbeenpaidmuchattention,however,thecondition-basedmonitoringandfaultdiagnosistechniqueforauxiliaryequipmentshasnot.Putforwardanddevelopedacondition-basedmonitoringsystemforvibra2tionofauxiliaryequipments,whichcantimelyrelease,analyzeandsavethevibrationdataofauxiliaryequip2mentswithsensor,networkanddatabasetechnology.Keywords:electricpowerplant;auxiliaryequipments;vibrationmonitoring状态监测和故障诊断系统,为提高电厂设备安全和可靠性提供了技术支持。近年来,一方面,由于机组不断朝高参数、大容量和自动化方向的发展,人们对电厂的可靠性提出了更高的要求;另一方面,大量老电厂辅机设备日益老化,机组参与调峰设备不断启停引起寿命损耗,辅机设备进入故障高发期,辅机的可靠性技术开始引起人们的关注。电厂从零散的分析风机、水泵、磨煤机的单个故障开始系统地开发整个辅助系统经济性、厂用电、负荷优化分配、状态监测和故障诊断技术[3]。东南大学开发了电厂辅机设备运行管理系统,负责收集和分析与辅助设0引言火力发电厂是由锅炉、汽轮机、发电机、励磁机和若干辅助系统构成的大型复杂系统,由此实现燃煤的化学能向电能的转化。由于各子系统之间存在串、并联结构,系统中某些重要设备发生故障将会引起整个机组的非计划停运,给电厂和国民经济带来损失。因此,电厂设备的可靠性技术一直是科研机构和生产单位关注的重点。从20世纪80年代初开始,国内对汽轮机轴系振动[1]、汽轮机调节系统不稳定、锅炉四管泄漏等问题开展了大量的理论探讨和应用研究[2],开发了各种2012-07-19############2012-07-19#####2#0#1#2-07-19########收稿日期:2006-11-28 备相关的运行数据[4]。嵩屿电厂技术人员描述的信号接入Enwatch在线采集模块,见图2。这些设备在线测点包括:7A给水泵(6个测点)、7B给水泵(6个测点)、7A循环水泵(4个测点)、7B循环水泵(4个测点)、7A凝结水泵(2个测点)、7B凝结水泵(2个测点)。锅炉重要辅机的监测:7号锅炉的辅机包括引风机、送风机、磨煤机、排粉机各两台,振动传感器安装在主要支撑轴承处,并将这些传感器的输出信号接入Enwatch在线采集模块,见图3。这些设备在线测点包括:7A送风机(4个测点)、7B送风机(4个测点)、7A引风机(4个测点)、7B引风机(4个测点)、7A排粉机(4个测点)、7B排粉机(4个测点)、7A磨煤机(6个测点)、7B磨煤机(6个测点)。由于水泵、风机、磨煤机分布在不同位置,需要将各地的传感器数据收集,同时上传到辅机状态监测中心,并在中心侧实时分析和发布数据。9200传感器的信号都接入Enwatch在线采集模块,汽机主机的信号由保护表的背后缓冲输出端子引出来,接入Enwatch。每个Enwatch模块具有16通道输入,现场一共需要6个Enwatch模块。9200传感器输出端接附带的4m长传感器电缆,每台机组方便处安装了传感器接线端子排,各个传感器电缆联入端子排由端子排输出多芯分屏总屏电缆。若4m长传感器电缆长度不够,可采用双芯屏蔽电缆加以延长。由端子排输出的多芯分屏总屏电缆直接接入Enwatch数据采集模块的相应通道,该段电缆长度应小于300m,以防信号衰减。另外,该段电缆走线时,应尽量避免与强电电路平行,否则需距其1m以上或另加金属套管加强屏蔽。Enwatch模块具有以太网RJ45接口,并且直接可以与Enshare软件通信,因此从Enwatch到监测服务器的数据通信,可以通过基于TCP/IP的以太网结合Enshare软件实现。Enwatch接入以太网要通过两种方式:了恩泰克公司辅机状态检修系统在该电厂的应用情况[5]。牡丹江第二发电厂7号机是俄制210MW凝汽式机组。该机组的汽机侧有2台给水泵、2台凝结水泵,2台循环水泵;在锅炉侧有2台磨煤机、2台送风机、2台排粉机。厂内由于这些设备的故障多次引起机组停运。为了提高系统的可靠性,在7号机辅机重要旋转设备上安装了振动传感器。结合恩泰克状态监测系统和数据库技术、网络技术,研究辅机振动监测系统。1系统结构和硬件设置电厂辅机振动状态监测系统分为数据采集模块、数据存储与管理模块、数据分析与发布模块和报警与故障分析模块四个部分。数据采集模块实现重要旋转部件振动参数的测量,并将测得的数据通过网络传输到数据服务器。数据存储与管理模块定时地保存振动实测数据和报警数据,并提供检索功能。数据分析与发布模块将测量的振动数据进行滤波处理,提取振动峰峰值,进行快速傅里叶变换得到频谱信息,并将这些信息实时发布在网页上。报警模块通过用户设置振动峰峰值报警,当采集数据峰峰值超过阈值时进行报警、产生一条报警记录,并将报警数据保存下来。系统的功能框架如图1所示。通过调研,将7号机的设备进行分类和筛选,最终选择在线监测的重点设备和关键设备列举如下。汽机主机振动监测:7号汽轮发电机组已装有6个轴振动传感器和6个轴瓦振动传感器,并已将这些信号接入在线保护表。为详细分析上述信号的构成和判断汽机主机运行状况,可将上述在线信号由保护表的背后缓冲输出端子连出来,接入一个Enwatch在线采集模块。汽机重要辅机的监测:7号汽机的辅机包括2台汽动给水泵、2台凝结水泵、2台循环水泵,振动传感器布置在主要支撑轴承处,并将这些传感器图1系统框图 图2汽机侧数据采集与传输a.直接用网线(5类双绞线)接入以太网(较近距离)。网线受其电子特性限制,传输距离不能超过100m,对于较近距离的数据通信,可采用这种方式。b.利用光纤接入以太网(较远距离)。对于传输超过100m的情况,Enwatch应采用光纤接入以太网。图,具体应用时可根据实际情况进行组合连接。该系统配备多个Enwatch模块,所以需要用交换机连接Enwatch与监测服务器。对应汽机主机的Enwatchl距离监测服务器较近,可采用网线直接连接到交换机;而辅机对应的Enwatch模块都安装在距离监测服务器较远的生产现场,因此,从现场到交换机前采用了光纤传输,再配以光纤收发器接入交换机。图4是几种Enwatch输出到网络的连线方式图3锅炉侧数据采集与传输 图4Enwatch数据采集模块接入局域网的拓扑图MULTI_VALUE_DATA表中找到测点对应的所有数据。由于数据库操作需要访问硬盘,速度较慢,而网站在线监测需要快速频繁地获取数据,现有数据库系统无法满足要求。因此,用实时数据服务模块解决这个问题。实时数据服务模块在内存中建立小型实时数据库,把从Enshare中接收到的每个测点的最新数据存储起来;当在线监测模块连续发来数据请求指令时,实时数据服务模块根据指令要求读取数据并发送回去。2.2数据分析将时域信号转换为频谱信号进行分析方法称为频谱分析,其理论基础是傅里叶变换。快速傅里叶变换(FFT)的思想就是将一般时域信号表示为具有不同频率的谐波函数的线性叠加。时域信号的频谱表示就是把信号分解成一族不同频率的信号,对于周期为T的信号都有:x(t)=x(t±nT)还可以用一些等间隔的频率成分来表示,即2数据分析与管理2.1数据接收采用Entek系统中的Enshare软件,可以通过网络对Enwatch的IP地址、通道参数、采集方式、标定系数、采样频率、上传周期等参数进行配置。配置完成后,Enwatch独立进行工作,接收传感器传来的连续模拟信号,转换完成后上传给Enshare软件。Enshare软件可以直接解析Enwatch模块发来的振动数据包,同时存入数据库,并可以进行在线实时监测时域波形图、频谱图、三维谱图、波特图等分析图谱。因此,振动数据接收就选择由Enshare来完成。与Enshare配套的是Centura数据库管理系统,在其中建立Entek数据库用于存储振动数据,通过ODBC接口访问。振动数据的信息在Entek数据库中是存储在CHANNEL_NODE、MEASUREMENT_DEF和MULTI_VALUE_DATA这三张表中的。读取数据时,先根据测点在Enshare中的配置得到其在CHANNEL_NODE表中的INSTRUMENT_ID和CHANNEL_ID,从而得到LOCATION_ID;根据测点中采集定义的数据类型,得到其在MEASURE2MENT_DEF表中的DATA_TYPE,再结合LOCA2TION_ID,得到该测点下该种数据类型的唯一标识MEASDEF_ID;根据MEASDEF_ID即可在-T=1ƒ2e-j2πft(1)X(f)T()xtdt-T2其时间信号可以从逆变换中得到,即+∞j2πftx(t)=∑X(f)e()2-∞上式表明,一个连续的、周期的时间函数,可以用频域中的一组离散的级数来表示。 如果动态信号是非周期的瞬变函数或随机函数,考虑T趋向于无穷大时,式(1)和式(2)变为:应于采样起点的初始相位。功率谱是该频率分量对应的振动能量。由相位谱的含义可知,在振动信号转变为离散信号时,只要起始的采样点相对于转子上某个参数点不变,那么就可以求得各阶频率分量的振动相对于该参数的相位。3结论应用成熟的传感器技术实现振动数据的在线连续采集,应用以太网数据通信技术实现振动数据传输,选用Pockwell公司的Entek系统。Entek系统在现场配备Enwatch模块,可以把振动信号接入并进行模数转换,然后通过以太网接口送出;在监测服务器上使用配套的Enshare软件可以和Enwatch模块通信,既可接入Enwatch发来的数据,也可向Enwatch发送参数设置指令,应用数据库技术可实现大批量数据的连续存储和查询。该系统中使用与Entek系统配套的Centura数据库存储振动数据,使用SQLServer数据库存储故障诊断与分析分析结果,而实时数据服务需要通过另行开发模块来实现。通过以上工作,实现了电厂辅机振动信号的在线采集、实时发布和实时分析。授权用户可以通过网络在线浏览各辅机的振动状态,大大提高了工作效率。+∞X(f)=ƒ-∞x(t)edt-j2πft+∞x(t)=ƒ-∞X(f)edf-j2πft上式互为傅里叶变换对,用符号表示为:x(t)∴X(f)有限长离散时间序列的傅里叶变换为:N-1-j2πfΔttXc(f)=∑x(nΔt)eΔt(3)n=0{x(nΔt),n=0,1,2⋯,N-1}为连续时间信号经过采样后得到的有限长离散时间序列。其中,N为采样点数,T为窗函数的宽度(即采样长度),Δt为采样间隔,n=T/Δt。同样地,在频域中,也只能对有限个频率进行运算,一般取长为Δf=1/(nΔt),这样式(3)表示为:f的步N-1-j2πknXc(kΔf)≈Δt∑x(nΔt)e(4)Nn=0令Xc(kΔf)=ΔtX(kΔf),并将X(kΔf)简记为X(k),将x(nΔt)简记为x(n),从而有:N-12πX(k)≈∑x(n)e-jNkn,k=0,1,2,⋯,N-1n=0(5)式(5)为x(t)的离散傅里叶变换。其意义在于:将时域中周期的或非周期的连续函数x(t)离散成时域中的序列{x(n)},并变换成频谱中与纵轴对称、离散或连续的周期复数序列{X(k)},频域中谱线的分布周期为fs,fs为采样频率。窗函数的意义是:对于连续的周期信号,外推为周期的取样窗宽度T的周期信号;对于非周期连续信号,外推为窗口之外为零的一般信号。将式(5)中复指数展开,即将X(k)表示成实部和虚部的形式,即X(k)=U(k)+jV(k)。定义幅值谱G(k)、相位谱Φ(k)和功率谱S(k)为:G(k)=|X(k)|=U2(k)+V2(k)参考文献:[1]蒋东翔,倪维斗.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程,1999,19(2):49-52.[2]阮曙东,赵海波,郑楚光.基于Internet/本地的锅炉故障糊诊断专家系统[J].华中科技大学学报(自然科学版),2004,32(6):96-97.[3]肖汉才,胡荣晋,王运民,等.300MW机组引风机振动在线监测系统研究[J].热能动力工程,2004,19(2):202-205.[4]王雷,徐治皋,司风琪,等.电厂辅机设备运行管理系统研究与开发[J].中国电力,2006,39(6):52-55.[5]王大伟,江文川.嵩屿电厂辅机状态检修[J].发电设备,2002(3):22-23.Φ(k)=tan-1{V(k)}U(k)S(k)=|X(k)|2=U2(k)+V2(k)在幅值谱中,乘上采样时间间隔,即为该频率分量所对应的振动幅值。相位谱是该频率分量对(编辑李世杰)欢迎投稿欢迎订阅 Yourrequestcouldnotbeprocessedbecauseofaconfigurationerror:"CouldnotconnecttoLDAPserver."Forassistance,contactyournetworksupportteam. file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt涵盖各行业最丰富完备的资料文献，最前瞻权威的行业动态，是专业人士的不二选择。file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/2612:19:58