2号汽轮发电机组在线振动监测与分析系统

电力18讯：    中国石化金陵分公司热电分部2号汽轮机是上海汽轮机厂于上世纪80年代制造的50MW2级调整抽汽的凝汽式汽轮机，型号为CC50-90/42/15。由于生产的实际需要，热电分部与浙江大学合作，研制开发了 2号汽轮发电机组的CMD-3N型在线振动监测系统。此系统通过机组的相关信号，监测汽轮发电机组转子-轴承系统的运行状态，并依据轴系振动特性，对常见的机械故障如不平衡、不对中、机械松动、油膜失稳等作出判断。系统采用出现异常预兆阶段的状态预测新技术，尽可能做到防患于末然，确保机组的安全运行，减少非计划停机，既可对维修计划作出更为合理的安排，又可使机组延长运转周期。
1 振动监测与分析系统硬件结构及原理
    2号汽轮发电机组振动监测与分析系统如图1所示。系统主要由本特利3500监测仪表(包括现场探头、前置器、接口模块、信号模块等)、CMD-3N网络化在线数据采集器、监测系统上位计算机组成。
    (1)本特利3500监测仪表    本特利3500监测仪表完成对现场运行参数的测量。该仪表共设有16个现场监测探头，探头布置示意见图2。其中，键相位信号探头1个(P1测点)，该键相位信号作为监测系统的外触发同步采样与振动分析时的相位基准。
                       
轴向位移信号探头2个(ZW1，和ZW2，测点)。3跨转子6个轴承处轴向、径向振动信号探头12个(Z1x、Z1y~Z6X、Z6X测点)，每个轴承处安装2个测点，其为相互垂直的X、Y2个径向振动传感器。胀差信号1个(ZC1，测点)。16个传感器均采用电涡流传感器。传感器监测探头信号经前置器放大后，分别送至本特利3500监测仪表键相器模块、轴位移、轴振、胀差模块，通过各模块的缓冲输出口，把信号送至CMD-3N网络化在线数据采集器。
                      
    (2)CMD-3N网络化在线数据采集器    汽轮发电机组的12路径向轴振动信号，1路键相位信号、2路轴位移信号和1路胀差信号，从本特利3500信号模块的缓冲输出口输人到CMD-3N网络化在线数据采集器，然后对信号进行调理、采样、存贮和通信。CMD一 3N网络化数据采集器在整个系统中只是1个模块，也是一个独立的系统。该系统采用了分布式结构(图3)，由相对独立的3个数据采集子模块和1个通讯子模块组成。3个数据采集子模块分别对汽轮机、发电机和励磁机振动单独采样，从而实现采集模块化，功能分散化，保证系统运行的可靠性。3个子模块硬件和程序上的构建基本相同。
                          
     图4为采集子模块的内部结构。信号调理电路接收的信号有交流信号和直流信号，因此，系统中必须具有既能分离这两种信号，又不能引起相位改变的调理电路，为此，在本系统中设计了通过1个滤波和1个减法运算电路来实现上述目的的信号调理电路。
                      
    通讯子模块通过RS485从数据采集子模块采用轮询的方式获得数据。通讯子模块有2个主要功能，数据的存储和通讯。当前数据、报警数据、机组起停数据和趋势数据都保存在该模块中，并为上位计算机的数据请求提供服务，从这个角度看，它是1个以太网络服务器设备。
    (3)监测系统上位计算机，采用个人PC，用于系统各种参数的设置并显示机组运行状态的各种图形、数据，即实现客户端功能。
2  系统软件设计
2.1操作系统选择
    CMD-3N的整体网络拓扑结构，采用基于以太网络服务器/客户端模式，从内存、CPU、存储空间等儿个关键要素来分析，对于这类结构形式的系统，采用嵌人式操作系统是最符合该项目要求的。应用于嵌人式系统的操作系统种类繁多，比较著名的有PalmOS、VXWorkS、pSOS、NeCuleuS，WindowsCE和LinuX。相比之下，由于LinuX实现嵌人式操作系统成本低、效率高、开发周期相对较短，安全性能高。因此，从技术、成本、安全还是兼容性等方面考虑，选择LinuX作为操作系统，以实现所需功能。
2.2   应用软件设计
    (1)程序总体构架    程序的总体流程见图5。程序设计的基本思路是:
    1)通过视速判断目前所处的状态(起停状态，稳定状态，停机状态，高速状态);
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