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S8000汽轮发电机组在线状态监测和分析系统简介深圳市创为实技术发展有限公司Shenzhen Strongwish Co.,Ltd目录1 系统方案及概述 (3)1.1 系统结构图 (3)1.2 系统简要说明 (3)1.3 系统应用对象 (3)1.3.1 主机及关键辅机 (3)1.4 现场数据采集监测分站PWR8000 (4)1.4.1 PWR8000简介 (4)1.4.2 特点一：稳定性与可靠性 (4)1.4.3 特点二：数据采集的准确性 (5)1.4.4 特点三：存贮机组的有效信息 (6)1.4.5 特点四：丰富的专业诊断图谱 (7)1.4.6 特点五：网络通讯功能 (7)1.4.7 特点六：PWR8000的本地数据存储功能 (7)1.5 中心服务器WEB8000 (8)1.5.1 中心服务器WEB8000概述 (8)1.5.2 功能一：数据的长期存储与管理 (8)1.5.3 功能二：强大的基于B/S结构的数据传输功能 (8)1.5.4 功能三：强大的专业分析图谱和诊断功能 (9)1.5.5 功能四：系统管理与设置 (9)1.6 浏览站 (10)2 S8000系统的安全性 (11)2.1 对生产的安全性 (11)2.2 对网络的安全性 (11)3 工程实施与售后服务 (12)3.1 PWR8000的现场安装和信号接入 (12)3.2 完善的售后服务体系 (12)4 典型的30万机组电厂的配置 (13)5 附件 (13)5.1 附件一：PWR8000电气参数 (13)5.2 附件二：S8000独特的专利技术-----灵敏监测技术 (14)5.2.1 区分振动的分频矢量 (14)5.2.2 区分机器的振动方向 (14)5.2.3 区分振动矢量的变化类型 (15)5.2.4 统计学习 (16)5.2.5 日记功能 (17)5.3 附件三：分析图谱 (18)5.3.1 常规图谱分析功能 (18)5.3.2 起停机图谱分析功能 (19)5.3.3 列表日记 (20)5.3.4 设置管理功能 (20)1系统方案及概述1.1系统结构图WEB8000服务器现场浏览站生机处浏览站厂长浏览站PWR8000PWR80001.2系统简要说明现场数据采集和监测分站（PWR8000）安装在控制室或操作间，用于汽轮机组主机和关键辅机的监测；从TSI系统取得振动原始缓冲输出信号或直接从振动传感器端取得原始振动信号，进行信号的调理、采集；进行灵敏监测，生成并存储起停机数据等有用数据；生成丰富的专业诊断图谱；并进行网络通讯；中心服务器（WEB8000）安装在电厂局域网上的任一地方；进行数据的存储与管理、数据的网上传输与发布，负责对PWR8000的设置与管理，以及其它的信息管理；诊断维护人员可以通过现场、局域网或电话拨号等方式，随时随地察看机组运行信息。
振动监测及故障诊断系统(TDM)MMS6851旋转机械振动监测和故障诊断系统是徳国epro公司生产的MMS6000汽轮机监测保护系统的配套产品。
系统功能：∙实时在线数据采集∙振动信号分析∙机组运行状态识别∙报警、危险识别和事故追忆∙数据管理∙振动特征分析∙报表、图形打印输出∙转子平衡重量计算∙故障诊断功能∙系统上局域网∙远程通讯功能它广泛适用于电力、石化、煤矿和冶金等行业的大中型旋转机械，如：汽轮发电机组、水轮机、电动机、压缩机、泵和风机等。
系统可及时捕获振动故障信息，早期预告振动故障的存在和发展，大大地减少查找和处理振动故障的时间和为此而做的起/停机次数，有助于避免灾难性事故发生，具有显著的经济效益和社会效益。
系统采用Windows 2000作为操作平台。
数据管理采用ODBC开放式网络数据库结构，确保数据的快速存储和多用户的同时访问。
系统具有较完整的定制功能，如定制轴系图、修改测量参数（如采集频率、存盘频率、变转速间隔、模拟量标定）等。
系统具备网络扩展功能，可上电厂的MIS和SIS网，还可以进行远程通讯。
系统组成：通常情况下，MMS6851系统按上、下位机方式配置。
下位机MMS6851/10进行数据采集、存储、网络通讯；上位机MMS6851/20进行数据实时显示、数据分析、故障诊断、远程通讯。
一般情况下MMS6851/10放置在MMS6000 的机柜里，MMS6851/20放置在工程师站。
下位机通过RS-485通讯口与MMS6000汽轮机监测保护系统的RS485总线连接，获取MMS6000系统各测量模块的实时数据。
由于数据直接取自测量模块，无需中间处理，因而具有其它采样方式无可比拟的精度。
通过网卡、多口交换机与MIS和SIS连网。
上位机通过与下位机进行网络通讯而获得实时数据和各种历史数据，通过监视器和打印机实现图形、报表和故障诊断结果的显示和打印输出。
汽轮机转子在线故障诊断系统Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT汽轮机转子在线故障诊断系统谢诞梅1，阚伟民2，朱洪波3，朱定伟4，刘先斐1，王建梅1，胡念苏1（1. 武汉大学动力机械学院，湖北武汉 430072；2. 广东省电力试验研究所，广东广州 510600；3. 广东省电力集团公司，广东广州 510600；4.韶关发电厂检修公司，广东韶关 512132）摘要：汽轮机转子在线故障诊断是关系到发电厂安全运行的重要课题之一。
为此，开发了基于Windows，采用DELPHI语言编程的汽轮机在线故障诊断系统（TRFDS）。
其硬件包括传感器、振动数据采集卡和计算机设备；系统软件包括数据采集、振动信号的监测及分析、模糊故障诊断、数据库管理功能模块及其它辅助软件。
TRFDS具有操作简单、采集分析速度快、精度高、故障诊断和预测功能较强等特点。
模拟实验表明，该系统能满足现场在线监测和故障诊断的要求。
关键词：汽轮机；在线；故障诊断；自动化系统汽轮机是火电厂的核心设备之一。
在长期连续高速旋转过程中，汽轮机转子在某些情况下可能出现故障，而汽轮机故障程度不同将引起机组振动。
异常振动对安全生产构成了重大隐患，并已经造成了一些严重的设备事故。
如1988年我国秦岭发电厂200 MW汽轮发电机组的严重断轴毁机事故，就造成了巨大的经济损失。
由此可见，汽轮机转子在线故障诊断是关系到发电厂安全运行的重要课题之一。
为此，我们开发了基于Windows操作系统、采用Delphi语言编程的汽轮机转子在线故障诊断系统（TRFDS）。
1 系统的特点TRFDS的主要任务是实现对汽轮发电机组转子的状态监测、报警处理、数据采集、数据管理、数据分析、故障诊断和维护咨询等。
TRFDS的特点是：a) 能适应大型汽轮机转子在线监测的要求，即精度高，采样、分析速度快，可以满足机组启停监测的要求；b) 能满足变转速下整周期采样的要求；c) 具有较强的分析、诊断和预报功能；d) 操作简便，自动化程度高，同时能直观地显示各种图像和数据，反映振动参数的变化趋势。
2 硬件配置TRFDS由硬件和软件两大部分组成，硬件部分包括传感器、数据采集卡和计算机等。
传感器传感器是实现振动测量的首要环节。
传感器的种类很多，TRFDS系统采用电涡流传感器和光电传感器分别测量振动的振幅、相位和转速。
汽轮机转子在运行过程中可能发生各种故障，如质量不平衡、摩擦、油膜振荡、气流激振和参数激振等。
当汽轮发电机组的转速为3 000 r/min 时，还可能激发分频振动和高次谐波振动。
也就是说可能激发1/4基频至8倍频（即～400 Hz）的频率振动。
通常电涡流传感器的频率响应范围为0～10 kHz （1～2 dB），能够满足汽轮机发电机的这种频率要求。
振动数据采集卡汽轮机转子在运行时，其转速高达3 000 r/min，因此需要采用高性能的数据采集卡。
本系统采用的高速数据采集卡具有高速、高分辨率、实时采样，采样数据可以实时读入PC内存，采样容量仅受PC限制等特点。
计算机TRFDS选用Pentium 200及以上计算机，并配以高速数据采集卡，其速度快，抗干扰能力强，容量大。
此外，还设有打印机和其它外围设备。
3 软件设计TRFDS的软件包括操作环境（Windows 95或Windows 98）和分析、诊断软件等。
具体分为如下几个模块：数据采集、信号监测分析、故障诊断、数据库管理和其它辅助软件。
系统软件的功能框图如图1所示。
语言的选用目前常用的基于Windows的程序开发语言有Visual BASIC，Delphi，Visual C++和C-SDK等，由于在线监测与故障诊断系统需要进行大量的计算和逻辑处理，因此必须具有较快的处理速度。
为此，我们分别用以上几种语言编写了循环程序以测定其执行速度，若以Delphi为标准（100%），则各种语言的执行速度如表1所示。
由表1可以看出，C-SDK的执行速度最快，随后依次是Visual C++、Delphi和Visual BASIC。
显然，对于Visual BASIC，由于其运算速度较慢，不宜用于现场实时使用。
而其他三种语言运算速度相差不大，均可以作为开发语言。
TRFDS采用Delphi语言。
事实证明，该语言功能非常强大。
它不仅继承了PASCAL语言中的Object Pascal的OOP技术，而且吸收了多种编程语言的精华，如：Visual BASIC，Power Builder，Visual C++等。
因此，它既具有Visual BASIC的快速开发能力，又具有Power Builder的强大数据库能力，而且其程序执行速度几乎与Visual C++不相上下。
Delphi提供的VCL控件库是在Delphi上开发应用的基石。
VCL提供了用于界面设计、数据库、列表框、菜单等的一般控件，还有诸如栅格、表、记事本等实用控件，恰好满足应用程序的需要。
Delphi的DATA ACCESS向Delphi提供了用于访问数据库的对象，包括建立连接、访问数据、查询等。
使用ODBC标准接口，Delphi也可以访问dBASE和Paradox的文件。
而且可以在Delphi的集成环境中进行直接数据库操作，增强了数据操作的直观性。
Delphi强大的数据库开发功能使得本系统具有强大的数据库管理功能，保证了各种数据的存贮及调用。
振动信号的采集振动信号的采集选用整周期采样方式。
根据Shannon采样定理，要想不丢失信息，最低的采样频率为f s≥2f m或ωs≥2ωm.工程实际应用时，往往还要把采样频率取高一些，一般取f s≥，式中f m——最高分析频率，即经过抗混滤波后分析信号的最高频率；ωm——最高分析角频率；f s——最低采样频率；ωs——最低采样角频率。
如果采样频率低于2倍频率中的最高分析频率，离散信号经傅立叶变换（FFT）后，在频域内将发生信号混淆。
由于汽轮机转子的振动信号是一种多频率成分的信号，在机组升降转速的过程中，最高采样频率随着转速而变化。
如果采用固定的采样频率，其值小于最高转速下的2倍最高频率分量时，频谱分析误差很大。
而如果采用跟踪转速变换的采样频率方式，就保证了在不同的转速下有相同的采样点数，消除了频谱的混淆现象，使频谱分析具有相同的精度。
整周期采样时，系统的采样频率动态地跟踪转速信号频率的变化。
即转速信号频率高，则采样间隔变短；反之采样间隔加长。
确保在采样点数不变的情况下，采样间隔均匀，所采信号周期完整。
振动信号的监测及分析软件的监测分析部分负责数据分析、监测报警和大部分的日常事务性工作。
本系统可以在时域、频域、幅值域等对振动信号进行分析，以便从不同的角度对振动信号进行观测和分析。
模糊诊断软件的实现模糊诊断过程为：a) 采集数据，分别计算各通道每转动一周振动信号最大值的平均值，输入振动的预警门限值，然后对二者进行比较来判断机组振动是否异常。
如果机组所有通道的振幅的最大平均值均没有超过预警门限值，则表示机组运行正常；如果有一个以上通道振动值超过预警门限值，则自动进入诊断状态。
此外，运行人员还可以根据机组的实际情况，手动进入诊断状态。
b) 对超限通道轮流进行FFT变换，计算出10种频率的特征量，即（～） f1，（～） f1，，（～）f1， f1，2f1，（3～5）f1，奇数f1，高频f1，电网f1。
（f1为工作频率）c) 利用频率特征分量与故障之间的数学模型、模糊关系矩阵和模糊向量，计算出各种故障类型的隶属度。
d) 建立模糊向量的多因子综合判断，根据隶属度最大值原则，对出现预警的通道进行统计分析，综合判断，最后给出隶属度最大的三种故障。
数据库管理数据库管理模块是整个系统软件的重要组成部分，本数据库系统的主要功能有两个方面：一是数据的输入和存储；二是数据的查询和输出。
本系统数据库利用Delphi中提供的功能强大的数据库应用开发工具创建。
本系统能够自动组织采集到的数据生成两种不同类型的数据库，分别从不同侧面反映机组的运行情况。
危险数据库当采集到的转子振动数据超过其上、下限时，每2 s记录一组所有信号通道的采集数据，可连续记录机组运行一天的数据。
历史数据每30 min记录一组所有信号通道当时的平均数据，连续记录机组一年的运行数据。
上述两个数据库的记录数据项结构相同，其中含有振幅、相位、记录时间等项目。
当数据库达到所规定的容量时，数据库将自动翻滚刷新，即记录新数据，而最初的记录数据将被冲掉。
本系统设计了十分友好的人机界面，以方便用户对数据库的查询，查询主要以报表的形式进行。
报表包括危险数据报表和日报表两种。
危险数据报表查询针对振幅超限的数据；日报表查询针对历史数据库。
以上报表均可打印输出和通过屏幕预览。
其它辅助软件本系统软件除了包括上述内容外，还包括一些辅助软件：转子动平衡程序和机组临界转速计算程序。
4 结束语基于Windows操作环境、采用Delphi语言编程的汽轮机转子在线故障诊断系统具有操作简单、采集分析速度快、精度高、开发周期短等特点，并具有较强的故障诊断和预测功能，能满足汽轮机转子在线监测和故障诊断的要求。
在实验室转子实验台上对某200 MW汽轮机转子的连续模拟实验结果表明，该系统运行正常，诊断结果正确，能满足现场的在线要求。
参考文献：［1］谢诞梅. 汽轮发电机组转子机械故障模糊诊断系统的开发与研究［J］. 武汉水利电力大学学报，1999（6）.［2］李录平，徐煜兵，贺国强，等. 旋转机械常见故障的实验研究［J］. 汽轮机技术，1998（1）.作者简介：谢诞梅（1962—），女，湖北黄冈人，副教授，武汉大学动力机械学院在读博士生，研究方向为汽轮机故障诊断与寿命管理。
