網(wǎng)絡(luò)化汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的研究

1、.PAGE ：.；PAGE 7網(wǎng)絡(luò)化汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測及缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)的研討楊濤 黃樹紅 高偉 汪勇 張金平華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，武漢，430074張柏林 黃丕維湖南省電力實(shí)驗(yàn)研討所，長沙，410007摘要：本文針對火電機(jī)組形狀監(jiān)測和缺點(diǎn)診斷方面存在的缺乏，提出了建立省級缺點(diǎn)診斷中心，并研討開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測及缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)，已運(yùn)用于消費(fèi)實(shí)踐，在汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)和維修中發(fā)揚(yáng)了重要作用。本文還引見了該系統(tǒng)的體系構(gòu)造、軟件構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及特點(diǎn)，并給出運(yùn)用實(shí)例闡明其適用性和有效性。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)測 缺點(diǎn)診斷 小波分析 灰度矩Long-distance Networked Steam T

2、urbine Group Monitoring and Fault Diagnose Systematic ResearchYang tao shuhong Huang Gao wei Wang yong jinping Zhanghuazhong University of Science and Technology,430074,Wuhan,PRCAbstract: Thanks to the deficiency of state inspect and fault diagnosis in the thermal power station, this paper puts forw

3、ard the provincial trouble diagnose center and proposes the long-range networked steam turbine group monitoring and trouble diagnose system. This method has been applied to the operation and played an important role in the production. This paper also introduces the system structure, software structu

4、re, network technology and its characteristic. And the instance has proved its practicability and validity.Key Words: long-distance monitoring； fault diagnosis； wavelet analysis；grey quadrature0前言火電機(jī)組不斷向高參數(shù)大容量開展,自動化程度不斷提高,運(yùn)轉(zhuǎn)特性也日益復(fù)雜。大型機(jī)組頻繁地參與調(diào)峰使缺點(diǎn)機(jī)率普遍增大，嚴(yán)重影響了發(fā)電設(shè)備的可用率。同時(shí)，設(shè)備現(xiàn)代化管理提出了形狀檢修的要求。因此，保證機(jī)組平安、可靠

5、、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)，科學(xué)評價(jià)設(shè)備形狀就成為當(dāng)前非常重要的研討課題，其中形狀監(jiān)測及缺點(diǎn)診斷不斷是備受注重的方向。目前，受諸多要素的影響，在火電機(jī)組形狀監(jiān)測和缺點(diǎn)診斷方面存在許多缺乏，制約了機(jī)組缺點(diǎn)的早期預(yù)測，添加了不用要的專門實(shí)驗(yàn)費(fèi)用和停機(jī)損失，主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面：基金工程：國家自然科學(xué)基金工程資助50105004作者簡介：楊濤，男，1978年生，華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教師，博士研討生，主要從事形狀監(jiān)測與缺點(diǎn)診斷專家系統(tǒng)方面的研討 = 1 * GB2 現(xiàn)場形狀監(jiān)測設(shè)備不夠完善，尚不能滿足缺點(diǎn)診斷的需求。大型火力發(fā)電機(jī)組都配備有計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DCS/DAS和機(jī)組平安監(jiān)視與維護(hù)系

6、統(tǒng) TSI 等，但現(xiàn)場DAS/DCS系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)主要是為機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)視和控制效力，對于缺點(diǎn)診斷，還短少許多必要的分析手段，而且運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)普通只保管比較短的時(shí)間，數(shù)據(jù)容易喪失。另外，已有的監(jiān)測系統(tǒng)相互獨(dú)立，無法將各種反映缺點(diǎn)特征的性能參數(shù)按照缺點(diǎn)類型有機(jī)地結(jié)合起來，如現(xiàn)有的振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其立足點(diǎn)在于機(jī)組振動常規(guī)監(jiān)測，尚無結(jié)合機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)展缺點(diǎn)分析診斷的功能，要進(jìn)展缺點(diǎn)診斷仍必需進(jìn)展許多專門的實(shí)驗(yàn)，這些無疑添加缺點(diǎn)早期預(yù)測、缺點(diǎn)分析的難度和本錢。 = 2 * GB2 現(xiàn)場領(lǐng)域?qū)＜胰狈Γ萍s了缺點(diǎn)的早期預(yù)測與分析。任何一種缺點(diǎn)都不是孤立存在的，總是伴隨著許多異常景象發(fā)生，對其進(jìn)展分析往往

7、涉及到許多專門的領(lǐng)域知識，僅僅熟習(xí)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修特性是不夠的，還必需具備許多專門的領(lǐng)域知識，準(zhǔn)確掌握缺點(diǎn)的機(jī)理?，F(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)及專責(zé)工程師受專業(yè)分工和日常事物的限制，不能夠到達(dá)這種要求，缺點(diǎn)特征參數(shù)往往被忽視，特別是缺點(diǎn)的早期特征。 = 3 * GB2 信息不能共享進(jìn)展缺點(diǎn)診斷時(shí)，往往需求獲得其他技術(shù)咨詢，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)尚不能提供信息共享方面的技術(shù)支持，制約了缺點(diǎn)的及時(shí)、準(zhǔn)確分析。因此，有必要建立省級或發(fā)電公司級機(jī)組缺點(diǎn)診斷中心，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測及缺點(diǎn)診斷專家系統(tǒng)，針對主要缺點(diǎn)類型，實(shí)時(shí)、延續(xù)、在線監(jiān)測相關(guān)平安性能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動存儲、缺點(diǎn)自動診斷和網(wǎng)絡(luò)通訊。鑒于我國電力體制的開展歷史，以省

8、為單元的電力信息化建立相對完備，短時(shí)間內(nèi)建立起省級遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷中心是真實(shí)可行的。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)從省級電網(wǎng)中大型火電機(jī)組平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)踐出發(fā)，采用現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)分析系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)相結(jié)合的方式?，F(xiàn)場部分直接面向運(yùn)轉(zhuǎn)人員，消費(fèi)管理人員，操作運(yùn)用方便，自動化程度高，界面友好。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)那么面向領(lǐng)域?qū)＜液蛯I(yè)工程師，除了在線實(shí)時(shí)監(jiān)測之外，更強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)完備性和具有高程度的分析與診斷功能，在診斷中心能遠(yuǎn)程全面地監(jiān)測大型機(jī)組的實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)形狀參數(shù), 經(jīng)過網(wǎng)上閱讀可同時(shí)監(jiān)測多臺機(jī)組的形狀，迅速處置大量變化的信息，集中領(lǐng)域?qū)＜覍υO(shè)備缺點(diǎn)作出診斷和預(yù)測，處理現(xiàn)場監(jiān)測及診斷設(shè)備、缺點(diǎn)診斷專家及缺點(diǎn)診斷技

9、術(shù)缺乏的問題，實(shí)現(xiàn)“挪動數(shù)據(jù)而不挪動人，“信息共享這一現(xiàn)代理念，為機(jī)組操作、維護(hù)和決策管理人員提供可靠的信息和分析結(jié)果，減少判別缺點(diǎn)的時(shí)間，防止事故的發(fā)生，同時(shí)，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備、人員及維修經(jīng)費(fèi)。本文引見了作者所開發(fā)的省級網(wǎng)絡(luò)化汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測及缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)，它是省級監(jiān)測診斷中心的最重要組成部分。系統(tǒng)在Internent平臺上實(shí)現(xiàn)了省級監(jiān)測診斷中心的的功能。1系統(tǒng)硬件體系構(gòu)造圖1為省級汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的總體構(gòu)造圖。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)分布于圖中的運(yùn)用效力器和數(shù)據(jù)庫效力器之上。數(shù)據(jù)采集任務(wù)站從汽輪機(jī)組中布置的傳感器采集各種機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)庫效力器的需求整理數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫效力

10、器，分別存放在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、當(dāng)前數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中，供遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)運(yùn)用。圖1 省級汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)體系構(gòu)造圖中心數(shù)據(jù)庫效力器到廠級MIS網(wǎng)電廠操作員站本地效力器 數(shù)據(jù)采集任務(wù)站、MIS、DCS等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)防火墻電力系統(tǒng)廣域網(wǎng)診斷中心防火墻監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器到診斷中心局域網(wǎng)監(jiān)測診斷任務(wù)站采集任務(wù)站汽輪發(fā)電機(jī)組采集任務(wù)站互聯(lián)網(wǎng) = 1 * GB2 數(shù)據(jù)采集任務(wù)站數(shù)據(jù)采集任務(wù)站采用高性能微處置器和高速采集板來完成汽輪機(jī)組振動數(shù)據(jù)的采集。任務(wù)站針對機(jī)組的不同轉(zhuǎn)速采用同步整周期采樣或定頻率采樣兩種方式獲取振動數(shù)據(jù)，以共享二進(jìn)制文件方式記錄所采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、啟停數(shù)據(jù)和追想數(shù)據(jù)，其采樣間隔為1秒

11、鐘。為了提高信號分析的帶寬，同步整周期采樣頻率為工頻的128倍頻。 = 2 * GB2 電廠本地效力器電廠本地效力器行使本地?cái)?shù)據(jù)庫效力器和電廠局域網(wǎng)WEB效力器的功能。經(jīng)過共享文件方式訪問數(shù)據(jù)采集任務(wù)站，獲得數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，作為局域網(wǎng)WEB效力器，還提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，直接面向電廠局域網(wǎng)，使局域網(wǎng)內(nèi)用戶經(jīng)過WEB閱讀器可以監(jiān)測機(jī)組的振動及相關(guān)形狀量變化情況，時(shí)間間隔為1秒鐘。 = 3 * GB2 中心數(shù)據(jù)庫效力器 中心數(shù)據(jù)庫效力器完成數(shù)據(jù)匯總功能。實(shí)現(xiàn)與各個(gè)電廠的本地?cái)?shù)據(jù)庫通訊，保證歷史數(shù)據(jù)的完備性和共享性。同時(shí)，為診斷中心的Web運(yùn)用效力器提供數(shù)據(jù)支撐。 = 4 * GB2 監(jiān)測診

12、斷運(yùn)用效力器監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器作為WEB效力器，面向整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶。用戶登錄到監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器，經(jīng)過運(yùn)用監(jiān)測分析軟件和缺點(diǎn)診斷軟件對機(jī)組缺點(diǎn)進(jìn)展診斷，并將結(jié)果取回給現(xiàn)場用戶。假設(shè)缺點(diǎn)類型比較復(fù)雜，中心還可以向遠(yuǎn)方專家求救，專家經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)登錄到監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器運(yùn)用本人的知識進(jìn)展診斷，將結(jié)果前往診斷中心，并由診斷中心反響給現(xiàn)場用戶，指點(diǎn)現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)。 = 5 * GB2 監(jiān)測診斷任務(wù)站監(jiān)測診斷任務(wù)站是一個(gè)典型的瘦客戶機(jī)，它僅僅是一個(gè)可以訪問監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器的閱讀器，用于顯示監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果。并且隨著商業(yè)閱讀器的晉級而晉級，極大地簡化了傳統(tǒng)的C/S模型中繁重的客戶端軟件維護(hù)和晉級任務(wù)。

13、2系統(tǒng)軟件體系構(gòu)造汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷軟件系統(tǒng)采用閱讀器/效力器B/S方式，如圖2所示。這種方式是一種3層的構(gòu)造，它們分別是表示層、功能層和數(shù)據(jù)層。表示層是運(yùn)用系統(tǒng)的用戶接口，即客戶閱讀器；功能層是運(yùn)用的主體，即監(jiān)測診斷web效力器，其主要功能是銜接用戶和數(shù)據(jù)庫，當(dāng)用戶提出懇求時(shí)，由它執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)用程序與數(shù)據(jù)庫進(jìn)展銜接，并按照用戶需求向數(shù)據(jù)庫提出數(shù)據(jù)處置懇求，最后將數(shù)據(jù)以HTML的方式前往給客戶閱讀器；數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，擔(dān)任處置數(shù)據(jù)的存取。 數(shù)據(jù)同步監(jiān)測診斷Web效力器遠(yuǎn)程監(jiān)測缺點(diǎn)診斷遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷客戶閱讀器中心數(shù)據(jù)效力器運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)靜態(tài)頁面圖2 汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的軟件體系構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)

14、據(jù)電廠本地效力器 數(shù)據(jù)同步實(shí)時(shí)監(jiān)測靜態(tài)頁面廠內(nèi)用戶軟件系統(tǒng)采用現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)分析系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)相結(jié)合的方式?，F(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)分析系統(tǒng)位于電廠本地效力器上，只允許廠內(nèi)授權(quán)用戶訪問。直接面向運(yùn)轉(zhuǎn)人員，消費(fèi)管理人員，以1秒的采樣間隔實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)組的振動數(shù)據(jù)及相關(guān)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。并對振動數(shù)據(jù)進(jìn)展波形、頻譜、軸心軌跡、全息普、三維譜等分析。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)于監(jiān)測診斷運(yùn)用效力器上，面向互聯(lián)網(wǎng)授權(quán)用戶。它具有遠(yuǎn)程監(jiān)測，歷史查詢，缺點(diǎn)診斷和數(shù)據(jù)管理等功能。當(dāng)用戶經(jīng)過授權(quán)后，經(jīng)過網(wǎng)頁閱讀器登錄到效力器，可以對機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀以5秒的采樣間隔進(jìn)展遠(yuǎn)程監(jiān)測，也可以查看機(jī)組的歷史形狀和趨勢。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常后，啟動基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

15、缺點(diǎn)診斷軟件，結(jié)合專家的知識對機(jī)組進(jìn)展診斷并將診斷結(jié)果反響給現(xiàn)場。在缺點(diǎn)診斷功能中，還集成了基于延續(xù)小波變換的信息交融診斷模塊，經(jīng)過二維小波灰度圖和一階灰度矩的比較可以對轉(zhuǎn)子不平衡、軸系不對中、動靜碰摩和油膜渦動等缺點(diǎn)進(jìn)展診斷【1】3數(shù)據(jù)庫3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言，Oracle、Sybase System和Informix Online在UNIX平臺上的性能比Micorsoft SQL Server要好一些，但SQL Server是Windows NT/2000平臺上當(dāng)之無愧的最好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。SQL Server擁有動態(tài)鎖定、異種數(shù)據(jù)復(fù)制、穩(wěn)定的主機(jī)銜接、支持超大型數(shù)據(jù)庫VLDB

16、Very Large Database、無縫Internet集成、企業(yè)范圍的可伸縮性、集成的C2/E3平安性、分布式數(shù)據(jù)倉庫、并行事務(wù)執(zhí)行等等特性，因此，系統(tǒng)可選擇SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)庫歷史振動數(shù)據(jù)歷史波形數(shù)據(jù)歷史緩變數(shù)據(jù)歷史追想數(shù)據(jù)歷史啟停數(shù)據(jù)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫當(dāng)前振動數(shù)據(jù)當(dāng)前波形數(shù)據(jù)當(dāng)前緩變數(shù)據(jù)當(dāng)前啟停數(shù)據(jù)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫缺點(diǎn)診斷數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)振動數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)緩變數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)啟停數(shù)據(jù)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫圖3 監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)庫構(gòu)造圖數(shù)據(jù)庫分為電廠本地?cái)?shù)據(jù)庫和中心數(shù)據(jù)庫，中心數(shù)據(jù)庫需求管理多個(gè)電廠機(jī)組數(shù)據(jù)。就單個(gè)電廠而言，診斷中心的數(shù)據(jù)庫與其

17、本地?cái)?shù)據(jù)庫構(gòu)造是一樣的。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)造如圖3所示。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組實(shí)時(shí)形狀監(jiān)測而設(shè)置的，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的各個(gè)數(shù)據(jù)表中一直只保管幾個(gè)時(shí)辰的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以1秒鐘的頻率刷新數(shù)據(jù)。當(dāng)前數(shù)據(jù)庫是為用戶查看幾天內(nèi)的機(jī)組形狀及趨勢而設(shè)置的。數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)數(shù)據(jù)表保管機(jī)組當(dāng)前72小時(shí)的數(shù)據(jù)，記錄的時(shí)間間隔為5秒。當(dāng)前啟停數(shù)據(jù)表中保管最近一次啟停時(shí)的數(shù)據(jù)，振動數(shù)據(jù)按照轉(zhuǎn)速間隔20rpm記錄。歷史數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)數(shù)據(jù)表保管機(jī)組一年甚至更長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，振動數(shù)據(jù)和其他形狀數(shù)據(jù)的記錄時(shí)間間隔為3分鐘。原始振動波形數(shù)據(jù)，記錄的時(shí)間間隔是30分鐘。啟停數(shù)據(jù)表中保管一年內(nèi)機(jī)組啟停時(shí)的數(shù)據(jù)。追想數(shù)據(jù)表保管機(jī)組在振

18、動超越門限值時(shí)，前后3分鐘的數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)診斷數(shù)據(jù)庫主要用來存儲要是機(jī)組的征兆與缺點(diǎn)信息，以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)銜接權(quán)值。診斷中心用戶或經(jīng)過授權(quán)的專家根據(jù)機(jī)組的實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)情況提供缺點(diǎn)診斷所用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練用樣本，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練工具進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。3.2 數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)同步的主要功能是使診斷中心數(shù)據(jù)庫與電廠汽輪機(jī)組數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)堅(jiān)持同步更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總。數(shù)據(jù)同步的方法有很多，可以采用FTP傳送數(shù)據(jù)文件、WINSOCK傳送數(shù)據(jù)等方法。本系統(tǒng)采用的是SQL Server 2000數(shù)據(jù)復(fù)制功能。復(fù)制是將一組數(shù)據(jù)從一個(gè)數(shù)據(jù)源拷貝到多個(gè)數(shù)據(jù)源的技術(shù)，是將一份數(shù)據(jù)發(fā)布到多個(gè)存儲站點(diǎn)上的有效方式。運(yùn)用復(fù)制技術(shù)，用戶可以將一份數(shù)據(jù)發(fā)布到多臺效力器上，從而使不同的