火电厂TDM系统功能的深入开发及应用

邵昌盛，陈华辉

（湛江电力有限公司，广东湛江 524099）

0 引言

目前，国内越来越多的火电厂采用TDM（Turbine Diagnosis Management）系统（汽轮发电机组诊断管理系统）对汽轮机组进行振动监测与故障诊断，主要作用：对汽轮机组运行过程中的振动数据进行深入分析；获取包括转速、振动波形、频谱以及各频率成分的幅值和相位等故障特征数据，为故障诊断人员提供数据及专业的图谱工具；协助振动专家深入分析机组运行状态等。

现有的TDM系统存在的不足：一是缺少对汽轮机组过程量数据的监测，对判断机组故障造成不便；二是系统的远程连接功能不够安全便捷，无法较好地借助厂外专家力量进行故障诊断。

为了解决以上2个问题，湛江电厂对原有的TDM系统进行了完善，增加了汽轮机组过程量数据监测功能，改进了系统远程连接功能，使得汽轮机组故障诊断变得更加准确、安全和便捷。

1 过程量数据监测功能

过程量数据是指汽轮机组在运行过程中一些不断变化的参数，包括发电机功率、主汽压力、主汽流量、润滑油温、各高压调节阀开度等。在汽轮机组的运行过程中，很多振动变化都是因为某一个或者几个过程量变化而引起的，将振动数据与过程量数据结合起来分析，可以更全面、有效地诊断汽轮机组的故障。

为增加汽轮机组过程量数据监测功能，湛江电厂对原有的TDM系统进行了完善，系统主要由SIS系统（Supervisory Information System，实时监控信息系统）、TDM接口机、安全隔离网闸和原有TDM系统组成（图1）。

SIS系统的传统功能是通过SIS交换机从 DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）接口机中取得汽轮机组过程量数据并上传至SIS服务器以供电厂员工实时监控。在SIS系统传统功能的基础上，湛江电厂在SIS交换机和TDM交换机中间增设了1台TDM接口机和安全隔离网闸。TDM接口机中安装有过程量采集软件，一端与SIS交换机相连，负责从中采集汽轮机组过程量数据；另一端与安全隔离网闸相连，负责向网闸传输采集到的过程量数据。安全隔离网闸用于将TDM接口机采集到的过程量数据单向传输给TDM交换机，同时利用安全隔离功能防止TDM系统对SIS系统及DCS系统造成干扰，保证生产网络的安全。

TDM交换机接受到TDM接口机与安全隔离网闸传输来的过程量数据，同时还接受到各台机组振动采集器采集到的振动数据，两者综合后传输给各台机组的TDM服务器，供电厂专业人员进行故障诊断。

该创新功能既能安全地监测汽轮机组过程量数据，又可以避免TDM系统对SIS系统及DCS系统造成干扰，降低了因为监测不到汽轮机组过程量数据而无法正确判断振动异常原因的机率，提高了汽轮机组故障诊断的准确性，对火电厂汽轮机组的安全经济运行具有重要意义。

2 远程连接功能

现有火电厂的TDM系统大都使用2种方式供厂外的用户远程查看：一是让厂外用户通过互联网直接访问厂内的TDM服务器，查看各种振动数据；二是在厂内将TDM系统采集到的数据上传到互联网的数据库中，供厂外用户查看。第一种方式虽然方便，但安全性较差，直接开放厂内的TDM服务器容易导致外部网络对其产生影响，使系统发生故障，严重时甚至有可能影响电厂安全生产；第二种方式安全性好，但是需要不断上传大量数据，而且需要单独设置数据库来存储海量数据，维护起来比较麻烦且花费较高。

图1 过程量数据监测功能系统拓扑图

为了解决以上问题，湛江电厂创新地在TDM交换机和办公网交换机之间增设了1台TDM镜像服务器和1台安全隔离网闸，办公网交换机与TDM镜像服务器连接，TDM镜像服务器经由安全隔离网闸与TDM交换机连接（图2）。

在改进后的系统中，TDM交换机可以实时将TDM服务器上的数据镜像到TDM镜像服务器上，厂外专家只需要通过办公网交换机访问到TDM镜像服务器，就可以对TDM系统采集到的汽轮机组各项数据进行监测和分析，非常便捷。同时，安全隔离网闸只允许汽轮机组各项数据由厂内的TDM交换机镜像到TDM镜像服务器上，而不允许与互联网连接的办公网交换机及电厂员工计算机对TDM系统造成任何影响，保证了安全性。

3 实际案例应用

湛江电厂2#机组于2017年2月到4月大修，4月9日2：13，大修后机组首次冷态冲转，在1200 r/min暖机过程中，3#，4#轴承振动爬升，其中3#瓦平振最高升至119 μm。后降转速至600 r/min，降速过程中振动继续增大，3#瓦平振最高升至198 μm。之后运行人员执行打闸操作，转子静止后投入盘车运行。

利用改进前的TDM系统对该故障进行分析。从振动异常时的波形频谱图发现，振动波形为正弦波，频谱中以一倍频为主，没有异常频率成分，从该图中无法判断究竟是何种故障。利用轴心轨迹图、波德图、轴中心线位置图等传统TDM系统的振动分析方法，也无法准确判断出故障的根源。于是湛江电厂利用TDM系统的新功能，将汽轮机组过程量数据与振动数据进行综合趋势分析。2#机汽轮机2017年4月9日 02:07:38至04:06:00的振动曲线如图3所示。其中，3×通频幅值最大197.9 μm，最小2.5 μm；偏心最大值 56.06 μm，最小 0.5 μm。

图2 远程连接功能系统拓扑图

将汽轮机组过程量数据如主汽压力、主汽温度、偏心值等添加进TDM系统多点趋势图，发现主汽压力、主汽温度等参数变化不大，但是偏心值参数在振动波动的过程中也有较大变化量。

偏心值指转子转轴的晃动度，一般表示转子弯曲程度。从图3可以看出，3#轴承在振动变大过程中，偏心值不断增加，说明汽轮机转子弯曲程度越来越大，因此导致频谱中1倍频非常突出。在机组打闸盘车后，偏心值又逐渐回落，说明盘车过程中转子弯曲程度恢复正常，属于热弯曲的特征。

热弯曲一般为转子受热不均匀导致，常常因为摩擦而引起，再联系机组在大修期间为了保证机组效率将汽封间隙全部按照规定范围内的最小值调整这一事实，电厂专业人员因此初步判断机组发生了动静碰磨故障。

为了更准确判断故障，湛江电厂利用TDM系统的远程连接功能，请东南大学振动专家杨建刚教授在南京远程查看2#机组的振动及过程量数据。杨教授通过分析振动异常时的振动特征及过程量变化，肯定了电厂专业人员的判断，并建议下次启机时降速暖机，以防止振动突升。

当转子热弯曲恢复后，运行人员再次开机，保持800 r/min的较低转速暖机，让动静间隙可以充分摩擦，又不至引起较大振动。在一段时间的暖机过后，机组终于顺利冲转至3000 r/min。

4 结论

湛江电厂通过对原有TDM系统的完善，增加了汽轮机组过程量数据监测功能，改进了系统远程连接功能，既提高了汽轮机组故障诊断的准确性，又保证了火电厂系统网络的安全性。通过2#机组动静碰磨的故障诊断证明，TDM系统创新功能有效，对火电厂汽轮机组的安全经济运行有重要意义。

图3 过程量与振动数据综合分析