200MW汽轮发电机组的寿命管理和故障诊断专家系统

200MW汽轮发电机组的寿命管理和故障诊断专家系统

第40卷第1期

1998年2月

汽　轮　机　技　术TURBINETECHNOLOGY

Vol.40No.1

Feb.1998

200MW汽轮发电机组的寿命管理

和故障诊断专家系统

(【摘要】MW汽轮发电机组的、集参数监测、寿命管理,是保障机组安全、高效运行的理想工具。

关键词:汽轮发电机组　寿命管理　数据库管理　故障诊断

务的矛盾。整个系统由实时采集处理子系统

(下位机)、监测诊断子系统(上位机)以及一个服务器组成,三者通过网络集成。同时本系

我国正在运行的中型(如200MW)火力发电机组占总装机容量的相当大比重。虽然这类机组大多配有本特利或菲利浦公司的振动监测系统TSI,但一般都缺乏数据管理与故障诊断能力;另外,由于这类机组参与调峰运行的需要,缺乏对机组寿命监测与管理功能的矛盾日益突出。近年来,开发适用实际现场的以计算机为中心的监测系统越来越受到重视,而且计算机系统有逐渐取代监测仪表的趋势。本文在Windows环境下开发了一个

集汽轮机组参数监测、转子寿命管理、数据库、信号分析与故障诊断专家系统于一体的综合性系统。解决了开发此类系统中的许多关键技术问题,并已在某电厂200MW机组上安装运行,工作情况良好。

统的上位机还作为厂方MIS系统Novell网

的工作站,与厂级信息管理系统通讯。系统总体结构如图1所示。1.1　网络与服务器

0　前　言

以往开发的主从式监测系统多采用RS-485或BITBUS作为通讯桥梁,而由此构

成的主从结构网络在可靠性、实时性和灵活性上较难适应大型机组多测点同时监测分析的需要;而且,目前电厂MIS网络的兴起也

要求监测系统的开发在保证相对独立性的同时,能够实现资源和信息的共享。集成本系统使用的Lansmart网是一个采用IPX协议的小型局域网络,其与Novell网完全兼容,支持NE2000等通用网卡。虽然Lansmart网络允许使用非专用的服务器,但从安全上考虑,本系统仍采用专用服务器,并在服务器上配备半导体仿真盘,其RAM区作为信息共享设备使用。

1.2　实时采集处理子系统

1　系统总体结构

该系统是一个基于计算机和单片机的主从分布式系统。系统结构上采用层次化的设计,克服实时监测诊断过程中实时性与多任

　收稿日期:1997-06-08　　　　　

实时采集处理子系统是由振动信号预处理装置和采集器组成的“黑箱”系统。主要完

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图1　系统总体结构

成实时数据采集、信号分析等任务。1.2.1　信号预处理装置

该装置是自行设计开发的振动信号预处理装置,用于对汽轮发电机组振动及键相信号进行调理,使其适合计算机系统A D转换的输入要求。该装置主要由两个子板组成:其中之一用于电涡流传感器信号的适调,具有24通道电位平移、比例放大、抗混频低通滤

傅立叶变换为核心。并将信号分析的结果由

网络传递给监视诊断子系统显示、存储以及故障分析。

1.3　监测诊断子系统

监测诊断子系统以PC总线工业控制计算机为中心,在中文Windows3.1平台上运行。为现场提供了Windows风格的、友好直观的操作界面。该子系统由多个模块协同运行,各任务模块又相对独立,从而在满足复杂功能要求的同时也保证了系统的可靠性。该子系统的主要功能有:参数监测、振动信号分析、过程数据库管理、转子寿命监测及管理、故障诊断专家系统等,其中前4个功能以多任务模式同时在线运行。

波及键相整形等功能;另一子板用于速度传感器信号处理,具有24通道的积分放大和抗混频低通滤波功能。

实时采集处理子系统所需的振动信号可从本特利仪表的缓冲输出端(Buf)取出,也可直接由传感器取出,信号经预处理后,传递给采集器。1.2.2

　采集器

2　机组状态监测、寿命管理及数

采集器由PC总线工业控制机担任主机,内置16通道高速采集板和一个工业RS485网卡,RS485网卡外挂一台单片机,

据库

2.1　监测诊断子系统设计思想

针对监测分析系统长期在线运行的特点,以及Windows3.x在工业应用中存在的不足,本文提出了分级实时性和容错性处理的设计思想,成功解决了上述问题。通过分级实时性处理,可使系统对不同重要程度的参数在一定时间内完成分别采集、计算分析以及数据存储等操作;而分级容错性处理则使系统可以对误操作、系统故障等自动检测并及时自动恢复系统,保证系统能在无人维护

可接受24路开关量输入,并进行转速信号的处理。为了准确得到振动的幅值、相位,本系统采用同步整周期采样,采样频率由转速信号倍频而得,因此要求转速测量有较高精度。经单片机32位计数处理后的转速测量误差不大于1r min。

采集器除了完成信号采样外,还对振动信号进行分析,分析计算以同步整周期快速

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第1期申　韬等:200MW汽轮发电机组的寿命管理和故障诊断专家系统　　7

下长期可靠工作,大大增强了系统的运行可

靠性、实时性和操作友好性。

监测诊断子系统采用多级模块化的程序设计。依据完成功能的重要程度,系统任务有实时任务和非实时任务两种。实时任务包括数据通讯、参数监测分析、寿命管理

、数据库管理等,非实时任务有诊断专家系统和系统组态。,并从MIS,换(DDE)的方式同其它操作模块共享实时数据。另一些特殊要求的数据,在半导体盘上采用临时磁盘文件共享交换。充分利用了Windows环境和计算机资源。2.2　参数监测与分析

。监测模传递的热2。

图2　振动峰峰值监视画面

　　参数越限报警时,监测画面弹出至前台,并给出声光提示,同时报警数据自动进行随机打印。通过系统组态模块可实时修改信号的标定参数、工作开关状态、报警限等。分析模块提供轴心轨迹、频谱、三维谱、波德图以及趋势图等多种分析工具,为机组操作人员分析和掌握机组运行状态提供了直观科学的依据。图3为振动信号的频谱分析图形。系统的监视画面,如显示参数的模拟仪表以及各种分析图形,采用Windows

动态连接库的方式实现,从而可以灵活地组态监测不同参数和绘制不同参数的分析图形,具有很强的通用性。

2.3　寿命管理

如何实时监测与计算转子表面的温度与应力分布,并计算出机组寿命损耗,为汽轮机运行操作提供指导,是机组操作人员和监测诊断系统开发者们共同关注的问题。本系统从国产200MW汽轮机转子疲劳寿命仿真计算模型出发,将寿命监测与管理集成到机组监测诊断系统中,具有很强的实用价值。

针对无弹性槽的200MW汽轮机转子,本系统将高压转子调节级后的叶轮根部作为一个危险点进行监测。考虑到实时计算的快速性和准确性,系统中将汽轮机转子的温度场的计算简化为一维不稳定导热问题,采用

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图3　振动信号频谱图

向后差分格式进行计算;并在机组启停和正常运行时同时考虑低周疲劳和高温蠕变的影响,进行寿命损耗的计算。计算结果以图形和表格的形式显示,图4是其中的一幅画面。这些画面上可以给出如下信息:

1.显示转子外表面温度、内外表面温差、内外表面热应力以及外表面最大应力;

2.给出转子横断面温度分布曲线和最大应力曲线,并针对正常运行、冷态启动、热态启动3种运行方式 …… 此处隐藏：3015字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……