一种火电厂风机设备状态监控与故障预警系统

贾利峰，李洪泉，曹 军

（1.山东省莱州市华电莱州发电有限公司，山东莱州 261400；2.西安热工研究院有限公司，陕西西安 710054）

0 引言

火电厂风机主要是为锅炉提供燃烧需要的空气，同时也可以调节锅炉温度，是火力发电的重要设备。风机主要由转子、轴承、电机等组成。其中，转子是由轴承支撑的旋转体，在风机运行过程中会发生高速旋转，容易产生共振形变。火电厂中的转子和相关组件，在使用过程中发生故障的概率较高。因此，对于风机故障诊断研究是提升火电厂设备运行可靠性的主要方向。火电厂风机设备状态监控与故障预警系统主要由数据采集、在线诊断、故障预警3 个功能模块组成，通过对火电厂风机设备状态进行实时监控，采集设备运行状态信息，完成对设备的故障诊断、故障定位，帮助维护人员制定有效的维护计划，提高设备运行的可靠性。

1 设备状态监测和故障诊断技术评价

火电厂风机设备状态监控与故障预警系统，能够有效了解设备运行状态，确定设备运行故障。设备状态监测与故障诊断是设备维护保养中的两个重要过程。其中，设备诊断需要对设备产生故障的原因、部位和严重程度做出判断。设备运行过程中出现任何偏差，都会影响发电系统的正常运行。传统的故障检修方法以人工检修为主，监测仪器在现场使用过程中，无法掌握设备运行状态和故障发展趋势，对于隐性故障不能准确、有效地监测出来。缺乏对设备故障的预测和诊断，往往是在设备出现故障时进行抢修，存在大范围的停电风险。

火电厂风机故障诊断内容包括旋转机故障、机械故障、零件故障、工程结构故障以及电气设备故障等，故障产生的原因有设计缺陷、安装维修、运行操作中的损坏等。火电厂风机在设计过程中在动力学方面存在缺陷或结构不合理，运行时容易产生强迫振动和自激振动，零部件加工制造工艺较差、材料存在严重质量问题，导致强度不够也会导致风机故障。安装过程中零部件出现错位、轴承参数调整不当、管道应力过大等都会破坏风机运行过程中的动平衡，造成设备损坏。如果操作不当，导致设备预热或降温不充分，很容易造成局部损坏。此外，风机在超负荷状态下运行，容易改变设备的工作特性，造成应力损伤。常用的诊断方式有振动诊断、温度诊断、声学诊断、强度诊断、压力诊断、电气参数诊断等。

现阶段，我国对于设备状态监测和故障诊断的研究主要集中在高校与企业联合开发的小范围内的机械设备状态监测与故障诊断技术，对特殊故障原理、诊断方法和诊断仪器的研究，使用仍然处在发展阶段。近年来，随着我国综合国力的发展，ANN（Artificial Neural Network，人工神经网络）神经网络算法、模糊诊断技术、虚拟技术等相关的研究也在不断深入，一些研究成果和技术的应用，正在不断缩小和西方发达国家之间的差距。基于互联网技术开发的设备状态监测和故障诊断系统的适用性越来越高，在性价比方面也具有较大优势，在国内企业达到了有效的推广和应用。

2 系统特性及作用

火电厂风机设备状态监控与故障预警系统，主要针对风机进行状态监测和故障诊断。电厂设备长期工作在复杂、恶劣的环境中，对设备的工作性能和使用寿命会造成不同程度的影响，这些影响中有一些是隐性变化由于发生较为缓慢，无法通过传统检修方式进行排查，需要通过对设备运行的数据进行有效监测，判定其性能。火电厂风机设备状态监控与故障预警系统的设计与研发，可以有效解决设备监测、故障诊断、故障预警等问题，尤其对隐性故障有良好的监测效果，可以提前制定防范措施。

为提升火电厂风机设备状态监控与系统故障监测范围、诊断能力、预警准确性，需要对监测方法进行有效升级，通过仿真分析的方式模拟设备运行的工作条件，建立设备的健康数据档案。通过设备的运行状态数据，预测在未来一段时间内的变化趋势，通过分析可以判断设备的承受时间、安排适宜的检修时间，最大限度降低故障对发电系统造成的影响。

此外，该系统可以在线实时采集、记录和分析设备，掌握设备运行的状态，预测设备的故障，提高发电系统运行的可靠性。火电厂风机设备状态监控与故障预警系统能够监测到设备运动的实时数据，显示不同工作状态，同时具有数据管理功能，可以自动存储设备的有关数据，建立风机振动等有关参数的变化趋势和预测图表，实现电厂设备的状态管理，系统具有网络通信功能，通过无线通信网络实现远程监控。

3 火电厂风机设备状态监控与故障预警系统设计

火电厂风机设备状态监控与故障预警系统，主要负责对火电厂风机设备运行状态进行信息采集、监测、数据共享以及故障诊断等基本功能，利用信息化的通信系统，为风机设备的运行提供更加安全可靠的信息。

3.1 结构设计

火电厂风机设备状态监控与故障预警系统硬件结构，包括监测传感器、信号调制解调仪、网卡等。在硬件结构设计过程中，需要考虑系统的扩展性和可维护性。系统采用模块化结构设计，使用IEC61850 标准协议生成终端监测单元可以直接进行使用的数据信息，然后通过抽象通信服务接口提供模型访问、数据获取以及设置服务，完成数据下载和共享。

综合监测单元支持监测数据的周期性上传，对于故障预警类数据，通过数据库存储可以有效建立风机设备的健康数据档案，对于火电厂风机设备测量类数据则采用非缓存方式进行存储，通过分区存储的方式便于信息的查找和校对。该功能主要通过抽象通信服务接口提供的报告服务实现，通过设置报告控制模块的参数，控制火电厂风机设备状态监控与故障预警系统数据的分析处理功能，最大限度提升系统的维护性和扩展能力（图1）。

图1 系统架构

3.2 网络接口设计

火电厂风机设备状态监测与故障诊断系统的网络接口，主要负责信号的传输，标准化的网络接口可以实现计算机的网络互联，便于火电厂设备的数据共享，同时也具有较高的组网灵活性。火电厂风机设备状态监测与故障诊断系统的网络接口不仅负责对上层终端的数据信息传输，同时，还需要对相应的参数进行有效配置，可以说是火电厂风机设备状态监测与故障诊断系统的核心部件。按照在线监测数据接入规范建立便准化的数据库，并且将收集到的各种监测信息进行合理转换并存储到数据库中，实现对风机设备运行状态监测数据的集中管理和图形化展示。火电厂风机设备状态监控与故障预警系统拥有CAC（Condition Information Acquisition Controller，状态信息接入控制器）功能以及较高的抗干扰能力，可以适应火电厂恶劣的工作环境，在长时间连续工作的条件下也可以高效处理火电厂风机设备的数据。

3.3 传感器设计

火电厂风机设备状态监控与故障预警系统传感器通过监测风机振动信号，经过抗干扰屏蔽线路进行信号传输。当传感器接通电流时，在其内部会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆传送到传感器探头部位，此时探头周围会产生交变磁场，如果磁场周边有金属导体材料靠近，磁场会在导体表面产生电涡流，通过改变电磁线圈的有效阻抗以及监测该数值的变化趋势来判断风机振动频率，预测设备的性能和故障发展的趋势。

4 总结

综上所述，火电厂风机设备状态监控与故障预警系统能够掌握设备在运行过程在的振动、噪声、温度、压力和电流等，通过分析数据信息判断设备的可靠性，对故障产生的原因、部位、危害程度进行识别，预测故障的发展趋势，制定有效的应对措施。本文通过对火电厂风机设备状态监控与故障预警系统进行深入研究，分析设备状态监测和故障诊断的发展现状，介绍设备状态监控与故障预警系统的特点，通过融合最先进的通信技术、自动化技术以及分布式设计结构，实现了对火电厂风机设备的实时监控，对风机设备在运行过程中可能出现的故障进行预警，具有较强的适用性和安全性。随着我国智能电厂建设的快速发展，火电厂风机设备状态监控与故障预警系统的实际应用越来越普遍，其发挥的作用也越来越重要。