CN109596357A - 一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，它是利用机组每个轴承上安装的测量振动的电涡流传感器进行振动信号采集，并进行时域和频域分析，建立识别异常振动真实性的特征数据。根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，结合现场经验，建立识别异常振动真实性的判断逻辑，确定异常振动是否是转轴真实的振动状态，如果不是真实的振动状态，则采取措施加以消除，防止不真实转子振动数据带来的危害。该方法能够去伪存真，克服单纯依靠振幅设置振动保护逻辑组合的不足，减少误报和漏报，为机组的安全经济运行提供了重要保证。

Description

一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法

技术领域

本发明涉及汽轮发电机组振动测量技术领域，具体涉及一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法。

背景技术

目前，大型汽轮发电机组普遍在每个轴承安装两个电涡流传感器测量转子相对轴承座的振动，并作为评价机组振动水平的主要依据。我国火电机组一般规定在额定转速3000r/min时，轴相对振动小于76μm为优良，大于125μm报警，大于250μm危险，需要停机处理。

每台汽轮发电机组安装了汽轮机安全监视系统，大多数机组还配置了在线振动监测分析故障诊断系统。汽轮机安全监视系统是机组保护系统的重要测量设备之一，在汽轮机轴系机械系统出现危急工况时，能准确地发出停止汽轮机运行指令，以确保机组的安全。振动测量信号的保护逻辑组合主要有“或”逻辑：任一方向振幅达到危险值跳机；“与”逻辑：两个方向振幅都达到危险值跳机，或者一个方向振幅达到危险值，另一个方向振幅达到报警值跳机。

虽然电涡流传感器没有质量问题，测量的数据是正确的，但测量的信号可能并不是轴系真正的振动信号。由于转轴振动直接参与机组的保护，因此，掌握转轴的真实振动水平对于保护的准确动作至关重要。大机组在带数十万千瓦以上负荷运行时，由于误报跳机会给电网和机组产生冲击，影响电网和机组的安全运行，由于漏报则可能使故障得不到及时有效控制，导致机毁人亡的重大事故。

影响转轴振动的因素很多，如传感器的质量、安装工艺、外界干扰和测量方法错误等。振动测量的专业性强，异常振动原因的分析难度较大，有时并不清楚振动异常是否反映转轴真实的振动，还是来源于其它影响因素，造成应该停机处理却不停机，使事故扩大化；或者可以不停机却长期停机反复检修，浪费人力物力。由于不能及时了解机组的真实振动水平，采取的异常振动处理方法不适应实际情况，造成严重的经济损失和不良社会影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，以便及时掌握转轴的真实振动状态，对异常振动采取科学合理的处理措施。

为实现上述目的，本发明一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用机组每个轴承上安装的测量振动的电涡流传感器进行振动信号采集，并进行时域和频域分析；

步骤S2，根据振动分析结果，建立识别异常振动真实性的特征数据；

步骤S3，根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，结合现场经验，建立识别异常振动真实性的判断逻辑，确定异常振动是否是转轴真实的振动状态。

在所述步骤S1中，大型汽轮发电机组每个轴承通常安装两个电涡流传感器测量转轴相对轴承座的振动，分别为X向电涡流传感器和Y向电涡流传感器；

对X、Y向电涡流传感器的振动信号进行同步整周期采样，获得波形数据，并进行快速傅里叶变换(FFT)，获得频域信息，包括振幅、频率和相位等。

在所述步骤S2中，建立识别异常振动的特征数据，包括：

所有测量振动的电涡流传感器在机组盘车时的晃度BE_i；

当前所有测量振动的电涡流传感器的振幅CA_i和一倍频相位CP_i；

当前所有测量振动的电涡流传感器的主频PF_i和主频振幅与通频振幅的比值PR_i。

在所述步骤S3中，根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，结合现场经验，建立识别异常振动真实性的判断逻辑，确定异常振动是否是转轴真实的振动状态；

根据转子动力学理论，转子的振动与转子的激振力和动刚度有关。转轴在高速旋转过程中主要的激振力来源于不平衡、轴系不正、轴系失稳、电磁激振和轴承松动等，动刚度与轴承油膜刚度、轴瓦刚度和轴承座安装刚度等有关。在同一个轴承的不同方向，转子的激振力基本相同，但动刚度可以有很大区别；

根据振动故障机理，故障可分为同频故障、倍频故障和低频故障；

同一轴承两个电涡流传感器的振动信号的频率特性，同一转子两端轴承振动信号的频率特性是相近的，可以根据多传感器信息融合技术进行分析；

综合以上分析，结合现场经验，可以建立识别异常振动不是转轴的真实振动的判断逻辑如下：

逻辑1：低速盘车时晃度BE_i不稳定；

逻辑2：低速盘车时晃度BE_i较大，并且主频PF_i及主频振幅与通频振幅的比值PR_i较大；

逻辑3：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号的频率特性明显不同，例如一个主要为同频振动，另一个出现明显的低频或高频振动；

逻辑4：同一转子两端轴承振动信号的频率特性明显不同，例如一端主要为同频振动，另一端出现明显的低频或高频振动；

逻辑5：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号，其中一个出现主频PF_i为非整数的高倍频振动；

逻辑6：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号，两个都出现主频PF_i为非整数的高倍频振动；

逻辑7：所有测量振动的电涡流传感器的振幅CA_i同时发生变化，变化的幅度基本相同；

逻辑8：所有测量振动的电涡流传感器的一倍频相位CP_i同时发生变化，变化的幅度基本相同；

如果在机组运行中以上逻辑之一成立，则可以采取措施，不输出报警信号。

本发明效果：本发明提供的一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，是根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，理论和现场经验相结合，建立识别异常振动的判断逻辑，确定电涡流传感器测量的转轴相对振动是否真实反映机组实际的振动情况。如果是不真实的振动数据，则可以采取相应措施，减少误报。本发明可以及时识别转子虚假的振动信号，克服目前主要依靠振幅进行振动保护逻辑组合带来的不足，减少汽轮发电机组非计划停机事故，为机组安全经济运行提供重要保证。

附图说明

图1为本发明一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法的流程图。

图2为本发明实施例1中某机组2#X方向振动频谱图。

图3为本发明实施例2中某机组9#轴承振动圆图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例以330MW汽轮发电机组为例，该机组由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成，每个轴承安装了X向和Y向电涡流传感器测量轴相对振动，机组安装了在线振动监测分析系统。机组大修后启动，在启动过程中，随着转速增加，振动逐渐增大，在2400r/min左右，2#轴承(高压转子后轴承)X方向振动迅速增大，频谱以3.81倍频为主，如图2所示，Y方向振动正常，符合逻辑5：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号，其中一个出现主频为非整数的高倍频振动，不是转子真实的振动。分析认为该传感器测量系统发生了共振，现场及时采取滤波方式消除高频振动，由于处理措施得当，没有发生误跳事故。

实施例2

本实施例以600MW汽轮发电机组为例，该机组由高压转子、中压转子、2个低压转子和发电机转子组成，共10个轴承，每个轴承安装了X向和Y向电涡流传感器测量振动，机组安装了在线振动监测分析系统。机组临近大修时，9#轴承(发电机转子前轴承)X和Y向振动逐渐增大，频谱以一倍频为主。在轴承振动圆图中，如图3所示，可以看到，振幅沿圆周方向连续变化，是转子真实的振动。虽然Y向振动明显大于X向振动，最大振幅已经超过危险值，但因为保护逻辑组合是“与”逻辑：两个方向振幅都达到危险值跳机，所以没有自动跳机。考虑到离大修还有一段时间，振动逐渐增大，机组继续运行具有较大的风险，决定停机检修。停机后检查发现9#轴承振动较大方向的瓦块已严重磨损，由于及时停机处理，避免了轴瓦损坏可能导致的断油烧瓦和大轴弯曲事故。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，利用机组每个轴承上安装的测量振动的电涡流传感器进行振动信号采集，并进行时域和频域分析；

步骤S2，根据振动分析结果，建立识别异常振动真实性的特征数据；

步骤S3，根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，结合现场经验，建立识别异常振动真实性的判断逻辑，确定异常振动是否是转轴真实的振动状态。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，其特征在于，在所述步骤S1中，大型汽轮发电机组每个轴承通常安装两个电涡流传感器测量转轴相对轴承座的振动，分别为X向电涡流传感器和Y向电涡流传感器；

对X、Y向电涡流传感器的振动信号进行同步整周期采样，获得波形数据，并进行快速傅里叶变换(FFT)，获得频域信息，包括振幅、频率和相位等。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，其特征在于，在所述步骤S2中，建立识别异常振动的特征数据，包括：

所有测量振动的电涡流传感器在机组盘车时的晃度BE_i；

当前所有测量振动的电涡流传感器的振幅CA_i和一倍频相位CP_i；

当前所有测量振动的电涡流传感器的主频PF_i和主频振幅与通频振幅的比值PR_i。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组非真实转轴振动信号的辨别方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据转子动力学、振动故障机理和信息融合等技术，结合现场经验，建立识别异常振动真实性的判断逻辑，确定异常振动是否是转轴真实的振动状态；

根据转子动力学理论，转子的振动与转子的激振力和动刚度有关。转轴在高速旋转过程中主要的激振力来源于不平衡、轴系不正、轴系失稳、电磁激振和轴承松动等，动刚度与轴承油膜刚度、轴瓦刚度和轴承座安装刚度等有关。在同一个轴承的不同方向，转子的激振力基本相同，但动刚度可以有很大区别；

根据振动故障机理，故障可分为同频故障、倍频故障和低频故障；

同一轴承两个电涡流传感器的振动信号的频率特性，同一转子两端轴承振动信号的频率特性是相近的，可以根据多传感器信息融合技术进行分析；

综合以上分析，结合现场经验，可以建立识别异常振动不是转轴的真实振动的判断逻辑如下：

逻辑1：低速盘车时晃度BE_i不稳定；

逻辑2：低速盘车时晃度BE_i较大，并且主频PF_i及主频振幅与通频振幅的比值PR_i较大；

逻辑3：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号的频率特性明显不同，例如一个主要为同频振动，另一个出现明显的低频或高频振动；

逻辑4：同一转子两端轴承振动信号的频率特性明显不同，例如一端主要为同频振动，另一端出现明显的低频或高频振动；

逻辑5：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号，其中一个出现主频PF_i为非整数的高倍频振动；

逻辑6：同一轴承两个电涡流传感器的振动信号，两个都出现主频PF_i为非整数的高倍频振动；

逻辑7：所有测量振动的电涡流传感器的振幅CA_i同时发生变化，变化的幅度基本相同；

逻辑8：所有测量振动的电涡流传感器的一倍频相位CP_i同时发生变化，变化的幅度基本相同；

如果在机组运行中以上逻辑之一成立，则可以采取措施，不输出报警信号。