2020年工业设备状态监测与故障诊断系统企业发展战略规划

２０１３年第２１期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　０电力与能源０　科技信息　石化企业关键机组状态监测故障诊断技术　应用现状及发展分析　张霏　任世科２魏杰２　（１．兰州石化公司炼油厂，甘肃兰州７３００６０；２．兰州石化公司研究院，甘肃兰州７３００６０）　【摘要】针对石化企业关键机组状态监测故障诊断技术的应用现状，本文分析了￥８０００、ＢＨ５０００等几种状态监测故障诊断系统，并介绍　了设备状态监测与故障诊断的发展及其发展趋势。　【关键词】关键机组；状态监测；故障诊断；发展趋势　０引言　目前国内石化企业大型关键设备一般从国外引进．如某炼油厂重　催装置的富气压缩机。制造商为美国ＤＲＥＳＳＥＲ—ＲＡＮＤ公司．汽轮机　制造商为德国ＳＩＥＭＥＮＳ公司。这些设备不但结构复杂，自动化程度　高，而且工作环境具有高温、高压、生产介质易燃、易爆、易腐蚀，生产　连续性强等特点．一旦发生故障．会影响几套装置甚至整厂全套装置　的安全、连续生产，损失不可估量。因此提高关键机组运行的可靠性和　安全性对石化企业安全生产尤其重要。为保证诸如汽轮机、压缩机等　大型关键设备的正常高效运行．各企业高度重视设备的状态监测工　作．不断研究设备状态监测与故障诊断技术的应用　机组状态监测系　统的应用，对于机组的检维修、可靠性、安全性和长周期运行中起到了　关键作用　１　设备状态监测与故障诊断的发展　状态监测诊断技术可分成三个阶段：设备事后维修阶段、定期点　检和定期大修阶段、预知维修阶段。　１．１设备事后维修阶段　１９世纪末期，开始形成事后维修．即设备发生故障后才进行修理。　这一阶段称为设备事后维修阶段　事后维修不适用于对生产影响较大　的设备，一般适用的范围有：（１）故障停机后再修复对不会给生产造成　损失的设备；（２）修理技术部复杂而又能及时提供配件的设备：（３）一些　利用率低或有备用的设备　１．２定期点检和定期大修阶段　为了提高设备利用率，定期对设备进行点检和大修的维修方式开　始出现。初期点检和大修周期还只凭经验来确定，对设备劣化程度、故　障位置、故障原因尚不能作出定量的分析　定期维修适用于已掌握设　备磨损规律且生产稳定、连续生产的流程式生产设备、动力设备、大量　生产设备的流水设备。目前兰州石化采用整厂三年一大检修的制度。　１－３预知维修阶段　用诊断技术诊断设备状态。根据其状态进行维修。这就是预知维　修。这种方法可以正确判断设备的优劣程度、发生（或将要发生）故障　的部位、技术状态的发展趋势．采取正确的维修类别　２０世纪７Ｏ年代　以来．电子技术和信号处理技术的迅猛发展．促进了大型关键设备状　态监测和故障诊断技术的研究，该技术主要包括监测系统开发、信号　处理和分析技术等　２石化企业设备状态监测与故障诊断技术应用的现状　目前常用的监测系统主要包括：机组监控系统．包括——集散控　制系统（ＤＣＳ）、可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）、紧急制动系统（ＥＳＤ）；机组　在线监测系统：机组离线监测系统等　２．１大型关键机组入厂配带的监测系统　石化企业的大型关键机组大部分使用国外引进的设备．结构复　杂，在人厂投人生产时，基本均配置监测、紧急联锁制动系统．对生产　工艺参数等进行实时在线监测，一旦发现异常，则立即发出紧急报警：　如果关键参数参与紧急联锁制动系统，若参数出现异常．紧急联锁制　动系统则会通过联锁系统自动关闭相应的阀门或者电源　某企业目前　实行属地化管理，生产现场机组由相应的设备组管理．机组所对应的　监测系统由仪表公司管理，职责明确、监管严格，对关键机组的安全、　可靠运行提供了重要保障　大型关键机组监控系统一共包含三部分：集散控制系统（ＤＣＳ）、　可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）、紧急制动系统（ＥＳＤ）．三者之间各司其职而　又相互联系．共同作用来实现对大型关键机组的实时监测与联锁制动　３９２　控制。具体分析见表Ｉ　表１　三个监测系统的分析与对比　序号　系统名称　主要职责　备注　１　集散控制系统　对生产工艺参数控　主要对机组的工艺参数进　（ＤＣＳ）　制　行监测．监测参数包括介　质流量、温度、压力等。　可编程逻辑控制　对机组运行状态进　通过ＢＥＮＴＬＹ仪表监测机　２　器（ＰＬＣ）　行控制　组的振动、轴位移等参数。　紧急制动系统　与ＤＣ、　关联．若收到．Ｓ．ＰＬＣ　３　安全保护系统　异常信息．直接作角于控　（ＥＳＤ）　制阀．动作速度最快　三个监测系统之间的相互联系见图１：　图１　三个监测系统之间的联系　２．２创为实￥８０００大型旋转机械在线状态监测和分析系统　目前石化企业中￥８０００在线监测系统应用较为广泛．主要应用于　离心机组　￥８０００系统能够在线连续监测大机组运行过程中的振动及　各种工艺参数，自动存储振动分频、方向、波形、启停机等有诊断价值　的数据．并提供专业的诊断图谱：现场及远程专家可及时识别机组的　状态、发现故障的早期征兆，对故障原因、严重程度、发展趋势等做出　准确判断，从而及早消除故障隐患，降低维修成本。￥８０００在线监测系　统的结构图如图２：　十ＮＩｉＴ鼍ｏ０ｏ现蟠监翱站　倍母来源［至亘亘　］　上　Ｈ　十Ｎ．玎８００ｏ现墒监蔫站　臣亟困　点　一帆镪　一机蛆　．Ｈ帆组　机组　图２￥８０００在线监测系统的结构图　￥８０００主要由现场监测站ＮＥＴ８０００、服务器ＷＥＢ８０００组成，其中　ＮＥＴ８０００主机是最新一代全集成、一体化（ＡＬＬ—ＩＮ—ＯＮＥ）的现场监测　分析站。ＮＥＴ８０００采用嵌人式ＬＩＮＵＸ操作系统、大型ＦＰＧＡ控制的并　行、同步的高速数据采集等技术：支持基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的以太网通讯　（１０Ｍ／１００Ｍ），可以通过企业网传递数据信息『１＿　２＿３中国石油大学（北京）状态监测与故障诊断专家系统　近年来，中国石油大学（北京）状态监测与故障诊断专家系统在企　业离心机组及往复式机组都得到了广泛应用　该系统主要包括全局数　据库　断知识库）、专家知识库、知识获取系统、推理机、

电力设备状态监测与故障诊断

摘要：状态维修包含了电力设备状态监测、故障诊断技术这两个方面，目前在电力系统中得到广泛应用，它能有效监测设备运行状态，预知设备的哪个部位将发生事故，以此安排停电计划并开展组织维修工作，这样维修工作质量才能得到提高。通过对电力设备状态进行监测，同时运用故障诊断技术，有利于预防性维修更快转变为状态维修。通过对设备故障做出判断，从而提高维修质量。基于此，本文对电力设备状态监测与故障诊断进行研究，以供参考。

关键词：电力设备;状态监测;故障诊断

引言

电力需求量的增加导致电力系统运行状态成为电力企业重点关注的内容。其中，电力系统设备状态监测技术与故障诊断技术在其中发挥着重要作用，它可以保障电力系统运行稳定，并为大众提供优质的供电服务。另外，当电力系统相关技术得到一定优化时，也会对工业生产带来重大助力，并且能有效地保证工作人员的安全，进而实现电力企业的长远发展。

1电力设备状态检测和故障诊断的必要性

运行过程中的电力设备容易受环境、温度以及机械等因素的影响，导致电力设备性能被降低，进而出现故障。电力设备想提高其安全性，应尽可能使用绝缘材料，其主要成分为有机材料，常见的有矿物油、绝缘纸等，受到影响后的有机合成材料可加速老化。在电力系统中，最重要的就是电力设备。电力设备存在故障的话，电力系统将出现瘫痪，甚至会导致大规模停电的产生。科学技术在持续的发展，电力系统已经达到了较高的自动化程度，只要有一台设备存在故障，将对整个系统造成影响。现如今，电力设备已经达到了先进水平，仅凭人工判断无法将设备的故障找出来。因此，必须严密监测电力设备状态，以便快速诊断出设备故障。要诊断电力设备故障，应先检测设备状态，工作人员利用所获取的数据，结合自己所积累的经验，可以分析监测数据，对故障类型、位置做出准确地判断。只有先明确故障，再开展维修工作。状态监测需要先收集相关数据，故障诊断主要是分析和判断这些数据。

1 机械设备状态监测与故障诊断

机械设备的状态监测与故障诊断是指利用现代科学技术和仪器，根据机械设备（系统、结构）外部信息参数的变化来判断机器内部的工作状态或机械结构的损伤状况，确定故障的性质、程度、类别和部位，预报其发展趋势，并研究故障产生的机理。

机械设备状态监测与故障诊断技术是保障设备安全运行的基本措施之一，其实质是了解和掌握设备在运行过程中的状态；预测设备的可靠性；确定其整体或局部是正常或异常。它能对设备故障的发展作出早期预报，对出现故障的原因、部位、危险程度等进行识别和评价，预报故障的发展趋势，迅速地查寻故障源，提出对策建议，并针对具体情况迅速地排除故障，避免或减少事故的发生。

所谓机械故障，就是指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。其内容包括

 能使设备或系统立即丧失其功能的破坏性故障。

 由于设计、制造、安装或与设备性能有关的参数不当造成的设备性能降低的故障。

 设备处于规定条件下工作时，由于操作不当而引起的故障。

 设备的自然耗损，如磨损、疲劳、老化等所引起的故障。

机械故障诊断可以分类如下

1．按目的分

（1）功能诊断（2）运行诊断

2．按方式分

（1）巡回检测（2）在线监测

3．按提取信息的方式分

（l）直接诊断 （2）间接诊断

常见的故障分类

分类的依据 故障名称 定义

按发生的原因分 磨损性故障 机械系统因使用过程中的正常磨损而引发的一类故障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测

错用性故障 因使用不当而引发的故障

先天性故障 由于设计或制造不当而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障

按引发故障

的过程速率分 渐发故障 通过事前测试或监控可以预测到的故障

突发故障 通过事前测试或监控不能预测到的故障

按功能分 潜在故障 对运行中设备如不采取预防性维修和调整措施， 再继续使用到某个时候将会发生的故障

设备状态检测与故障诊断知识

基本概念

• 设备状态检测：是指通过各种传感器和检测技术，实时收集设备的运行参数，对设备的工作状态进行实时监测和分析的过程。其目的是及时发现设备的异常情况，预测设备可能出现的故障，从而采取相应的措施，避免故障的发生.

• 设备故障诊断：是在状态监测的基础上，通过分析设备的运行参数和故障特征，判断设备是否存在故障，确定故障的类型、位置和原因，并提出相应的解决方案的过程。故障诊断的目的是减少设备的故障率，延长设备的使用寿命，提高设备的运行效率

常用检测方法

• 振动检测：通过监测设备运行时的振动信号，分析振幅、频率、相位等参数来判断设备的状态。例如，振幅增大可能表示设备存在不平衡、不对中、松动等问题；特定频率成分的变化可以对应不同的故障类型，如旋转机械中，不平衡故障会在旋转频率处出现明显的周期成分，转轴不对中时，旋转频率的 2 倍成分会明显加大。常用的振动检测仪器有便携式测振仪、在线振动监测系统等.

• 温度检测：监测设备关键部位的温度变化，以发现过热等异常情况。如轴承、电机绕组、变压器等部位温度过高，可能预示着润滑不良、散热问题、过载等故障。可采用热电偶、热电阻、红外测温仪等温度传感器进行测量。比如，通过监测轴承回油温度及瓦块温度，可及时发现滑动轴承的工作异常，避免烧瓦事故.

• 油液分析：对设备的润滑油或液压油进行理化性能分析和颗粒分析，以评估设备的磨损状况和润滑系统的工作状态。润滑油的粘度、闪点、酸值等指标的变化，以及油中磨损颗粒的数量、大小、形貌和成分等，都能反映设备零部件的磨损程度和潜在故障。常见的油液分析方法有光谱分析、铁谱分析、颗粒计数等. • 电气检测：针对电气设备，测量电流、电压、电阻、绝缘电阻、局部放电等电气参数，以判断设备的电气性能是否正常。例如，通过检测电动机的电流和电压，可以判断其是否过载、缺相；测量变压器的绝缘电阻和局部放电，可以评估其绝缘状况，及时发现绝缘老化、受潮、短路等故障隐患