海上平台透平机运行数据深入分析与故障预警

王新军(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

目前海上油气生产关键动设备采取了现场监测[1]，但多年运行的数据、资料未进行有效的大数据分析，不能及时为作业人员提供诊断参考。辽东作业公司以动力透平装备为试点，构建了透平运行数据深入分析智能诊断的远程服务平台，实现了设备故障的早期预警和实时监控，也实现了远程监测、诊断和备件的托管服务支持。构建动力透平行业深入分析平台体系，实现动力透平装备高效稳定运行，持续降低设备维护维修成本，营造新型透平设备及服务生态系统，为渤海油田增储上产七年行动计划提供安全、高效生产运行保障。

1 预警模型

当设备状态发生变化、劣化或开始损坏时，这些变化会在传感器数据上表现出来[2]。因此建立一个真实可靠的数据模型就可以代表实体设备。用相似性理论建立的模型可以通过为每一个传感器实时值创建一个动感带，并与其他传感器相关联，实现对设备故障的早期预警[3]。本次透平发电机建模使用了138个传感器，建立了某海上平台透平B机的压气机、燃烧、机械、发电机、天然气燃料和热水加热器6个模型，使用“天然气压强≥2 350 kPa且有功≥1 500 kW”来判断透平处于运行状态。

为了用于案例分析，我们在历史12个月的数据中挑出部分正常运行数据为模型参考数据。参考数据示例如图1所示。

图1 参考数据示例

2 透平发电机燃机侧轴承故障预警

设备智能分析平台某海上平台透平B机在2019年7月底连续触发了1起故障诊断单，异常的部位是透平发电机燃机侧轴承。

2.1 预警诊断单概要

诊断单编号：1894，处理状态：新诊断单，出现时间：2019/07/28 20:28:41。所属设备与部件路径：透平B机发电机诊断单如图2所示。预警点详情如图3所示。

图2 透平B机发电机诊断单

图3 透平B机发电机预警点

2.2 测点趋势分析

测点趋势图如图4所示，预测趋势图的图例如表1所示。

图4 透平B机发电机测点趋势图

表1 预测趋势图的图例

趋势图及现象描述：透平B机发电机驱动端Y方向间隙电压在2019/07/26 19:26:14波动至38 V触发发电机燃机侧轴承故障诊断单，之后在28日20时左右再次发生波动，负荷齿轮箱振动加速度在2019/07/29 18:58:50开始突然增大，持续至透平B机停机。

2.2 原因分析及处理方法

原因初步分析：(1)发电机定子绕组不对称或转子励磁绕组发生匝间短路或金属接地故障，发电机磁路不对称；(2)轴瓦油膜波动、轴瓦接触面有杂质；(3)机械故障：转子弯曲，机械不平衡，轴承故障等引起的高振动。

处理方法：(1)就地检查发电机定子绕组和励磁绕组有无明显故障，重点检查励磁机轴承与基座之间是否绝缘良好，严密监视透平发电机运行参数和转子发热情况，检查发电机定子和转子电压、电流、负序电压和负序电流等参数是否正常。(2)就地检查各轴承振动和温度，倾听有无摩擦异音。若有就地能听到动静摩擦异音，应立即停机。(3)检查发电机定子和转子绝缘有无明显破损，停机后应测量发电机定子和转子绝缘。

3 结语

(1)透平故障预警系统可以在故障发生前几十天甚至几个月给出预警，使得平台能够在设备停运或低负荷时采取修复措施，避免故障的发生。

(2)逐步对基础信息、健康样本和健康模型、故障模式、故障样本的积累完善，成功运用后，进行基础数据平台贯通和全面分析建模，以逐步完善透平故障智能预警分析平台。