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摘 要：过去，只有在机械的运行出现问题或者拆开设备检查才知道机器中某部分发生了故障。为了确保机器的正常运行，不得不规定定期维修检查制度，既不经济又不合理。而在线故障监测和诊断技术是依据设备在运行过程中，通过伴随故障必然产生的振动、噪声、温度、压力等物理参数的变化来判断和识别设备的工作状态和故障，对故障的危害进行早期预报、识别，防患于未然，做到预知维修，保证设备安全、稳定、长周期、满负荷优质运行，避免"过剩维修"造成的不经济、不合理现象。基于此，本文介绍了一种分布式能源站设备状态在线监测系统。

关键词：故障 在线监测 防患于未然

1.前言

分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。安全、优质、经济是电力生产的原则，也是我们工作的目标。

传统的设备检修方式为计划检修和故障检修。计划检修，指按照预定好的周期而进行检修的方式，也称为定期检修，缺乏针对性和经济性，往往造成人力、物力的极大浪费，加大了发电成本。同时，可能由于检修的不慎或者由于频繁的拆装或者由于各种对绝缘有破坏作用的耐电压试验引入新的绝缘隐患。而故障检修则是在出了故障之后才对设备进行检修的策略，又称为被动检修或事后检修。这种方法不能及早发现设备的故障或缺陷，有时在发现故障时己经造成巨大的经济损失。这些都反映了现有检修方法的不合理性和局限性。研究设备的故障规律对制定检修对策、乃至建立更加科学的检修体制是十分必要的。

2.系统组成

如图1所示，监测系统主要由燃机监测、汽机监测、余热锅炉监测、发电机监测和变压器监测等部分组成。采用CAN-BUS通信方式，将采集到的各设备状态数据发送到主监控系统进行分析处理。

3.燃机状态在线监测

由于燃气轮机部件承受着高温，高转速及交变应力等恶劣因素的综合作用，其机械性能常常会受以下机理综合影响而发生退化：蠕变、热机械疲劳、高循环疲劳、材料脆化、腐蚀、环境冲击、侵蚀、外物损伤等。

3.1 蠕变

燃气轮机部件在高温环境中，会受到低于屈服强度的应用，引发塑性变形，而且变形量会随着时间延续增大。

3.2热机械疲劳

燃气轮机开停机及操作过程中温度循环与应力循环相叠加就会导致热机械疲劳。由于热机械疲劳影响，导致燃气轮机部件裂纹生成并扩展，最终导致其部件失效。

3.3高循环疲劳

高循环疲劳是在整个使用期限之内结构所受应力交变次数在105以上可能发生疲劳失效的疲劳问题。这类疲劳问题的特点是循环应力的幅值较低，且远低于材料的屈服点，因此导致疲劳破坏的应力循环周次相当高，故也称高周疲劳问題。

3.4金相脆化

因为脆性降低了材料的韧性，所以由这些类似于基础材质相组成的部件在高温条件下工作，就会常常发生金相脆化。

3.5外物损伤

外物损伤会导致燃气轮机气路部件发生应力集中、残余应力、裂痕以及微结构损伤。这些燃机气路部件的变化会导致部件效率的急剧降低。

3.6腐蚀

燃气轮机工作环境中会存在大量的腐蚀物质，它会受到这物质的影响和作用而引起腐蚀失效故障。

3.7环境冲击

燃气轮机所有部件都可能遭受环境冲击。燃气轮机燃烧过程中的环境具有腐蚀性，涡轮内高速气流具有侵蚀性。所有部件都对氧化非常敏感特别是承受高温的燃烧系统。

为保证燃气轮机的正常运行，需对燃气轮机相关状态性能参数进行监测。主要包括热力学性能监测，温度监测，剩余寿命，转子径向振动，壳体径向振动，转子轴向振动，转子弯曲等。

4.汽轮机状态在线监测

汽轮机由转动部件和非转动部件构成的，转动部件包括转子及转子联接的联轴器、齿轮、滚动轴承等；非转动部件包括滑动轴承、轴承座、机壳以及地基等。汽轮机因设计工艺、负荷和冷热不均等原因造成的机械故障表现大致可分为两种。

一、系统失稳。如：气缸热膨胀，转轴偏心或发生轴向位移等。

二、异常振动。如：轴承或转轴发生剧烈振动。

这两种故障相互影响，彼此加剧。如：转轴偏心必然会使振动加剧，而异常振动会使轴心更加偏离原来的平衡位置。若想全面掌握机械的运行状态监测系统必须从这两类故障出发，将机械运行的静态特征和动态特征作为监测对象。汽轮机运行的静态特征量包括轴位移、轴偏心和缸胀；动态量则包含轴振动、轴承振动和转速等。比较而言，监测静态特征量更简单，监测的对象为一固定的数字量，处理更方便，将采集的数据与安全运行数据标准进行比较，就可以判断汽轮机的工作状态。监测动态量则要复杂得多，机械振动的特征量的提取非常困难，而且振动信号的频率十分丰富，包括低频分量和高频分量，不同频率的分量对应着不同的故障，呈现很强的周期性。

转子是汽轮发电机组的核心部件，整个设备能否正常工作主要取决于转子能否正常运转。转子的运动与其它回转部件、非回转部件是有联系的，它是通过轴承支承在轴承座及机壳等基座之上的，构成了所谓的转子一支承系统，许多情况下，支承的动力学特性在一定程度上会影响转子的运动。但是，总体上说，汽轮发电机组的绝大多数机械故障都与转子及其组件（齿轮、轴承）直接相关，大约占70%，而从其它地方能够发现的故障较少。

对汽轮机来说，能测量转子就应尽可能测量转子，在不具备条件时可采取测量外壳或轴承座等措施。

5.余热锅炉状态在线监测

锅炉是在高温和受压的状况下运行的，在压力的作用下承压部件具有破裂和爆炸的危险性，一旦发生爆炸，且具有相当大的威力。

锅炉受高温烟气的冲刷，烟气中尘粒的磨损、高温烟气的磨蚀和低温有害气体的腐蚀；水中杂质和钙、镁等成分会形成炉内的结垢，这些水垢的形成、堆积会极大地影响热量的传递，使受热面局部金属壁温过热、过烧，产生鼓包、变形、甚至破裂，在处理不当时会发生锅炉事故。

锅炉系统所用辅机、阀门、仪表数量较多，工作环境恶劣，非受压元件有些工作在高温环境，在长期运行过程中也会出现一些故障。

6.发电机状态在线监测

对发电机的运行状态进行在线监测，可时刻掌握发电机的绝缘状况，及早发现处于萌芽状态的故障，从而可以采取有效措施，避免恶性事故的发生，减少经济损失。根据在线监测的结果，对发电机实行预知维修，提高维修的针对性，可以节约维修费用。发电机的状态监测系统向整个电力系统的调度中心实时提供电网控制、调度与管理所需的数据，可以提高整个电力系统的安全运转可靠性。对发电机进行在线监测，正确选择监测参数十分重要。目前，发电机在线监测装置的监测参数十分多，但主要参数有：运行温度、振动、氢气湿度（氢冷机组）、局部放电、发电机泄漏电流等。

作者简介：

陈海添（1985-04），男，籍贯：广东省茂名，学历：本科学历，助理工程师，研究方向：电气工程