高炉鼓风机自动化类振动故障诊断实践

李 泉

引言

首钢股份公司共有四套AV100高炉鼓风机组，运行状态为三用一备，分别为三个高炉供风。为确保设备安全运行，为公司生产保驾护航，2007年开始相继在四台高炉鼓风机组中投用阿尔斯通“S8000大型旋转机械在线监测与故障诊断系统”，系统投用近十年来，在设备故障诊断分析处理，确保设备稳定顺行方面积累了多起典型的成功案例，同时也为企业带来了显著的经济效益。

1 高炉鼓风机自动化类振动故障概述

自动化类振动故障是指由于现场设备振动监测系统中信号传输系统传感器、信号电缆等部件缺陷引起的机组振动数值异常、大幅增高而严重影响设备安全运行甚至导致设备停机的现象，该类振动虽然是“假振”，但由于参与设备振动报警及停机连锁，后果严重甚至造成重大生产损失。另外该类振动由于容易与“真振”相混淆，往往会影响最终的分析与判断，延误故障处理时机而产生重大损失。

根据首钢股份公司高炉鼓风机投产以来的振动故障统计，自动化类振动故障占比最高，影响严重甚至造成设备停机而影响了高炉正常生产。自动化类振动故障主要有如下三种类型：（1）探头失效;（2）接口噪声干扰;（3）信号干扰。

图1中的探头失效和干扰类故障均属于自动化类振动。签于自动化类振动故障的特殊性，从我公司诊断实践来看，用现场经验判别或事后采振分析效果均不明显甚至误导诊断方向，比如在接口噪声类振动故障分析处理过程中，我们就走了很多弯路，耗费了大量的时间及人力物力，最终我们还是依靠“S8000大型旋转机械在线监测与故障诊断系统”对故障进行了准确的定位，并为之后同类故障处理积累了宝贵的经验。

图1 首钢股份公司以来高炉鼓风机主要故障统计

2 自动化故障类振动实际案例分析

2.1 探头失效类故障案例

此类故障共发生过三次，均表现为振动大幅增高后突发性停机，给生产造成重大损失。

（1）1#风机2009年10月19日03：47排气侧X向轴振信号XI3813-2发出报警,1 s后停机。

（2）1#风机2011年9月14日06:36:06排气侧Y向轴振动上升，6:36:12风机保护信号停机。

（3）2#风机2015年9月18日电机3824探头震动在28～180 ym之间大幅波动，18号达到230μm,21：05跳机。

2.1.1 故障经过

以2009年1#风机为例，2009年10月19日3：47，1＃7000 风机排气侧 X 向轴振信号 XI3813-2发出报警,1 s后停机。图2可看出停机时刻测点XI3813-2振动值高达280μm，传感器Gap电压 3：47有明显的变化，由-7.6 V↑-1 V,见图3。

图2 1#风机故障时刻测点振动趋势

图3 XI3813-2探头Gap电压趋势图

2.1.2 探头失效故障诊断依据

通过S8000在线监测与故障诊断系统分析:（1）故障时刻测点振动值突然大幅升高并超过停机值。

（2）故障时刻测点Gap电压明显有异常变化，超出-7 V至-12 V正常工作电压范围。

（3）GAP电压超出-7 V至-12 V正常工作电压范围。

2.1.3 探头失效主要原因

（1）涡流传感器随机组长期运行，工作条件比较苛刻，难免有失灵现象。

（2）探头到达使用寿命。

（3）探头安装固定不当，大中修后回装质量差或长期运行后松动、损伤。

2.1.4 故障对策

通过我公司发生的多起此类故障案例可知，探头失效类故障具有突发性并立即造成恶性停机，依靠常规监测手段不能提前发现故障征兆。解决对策：

（1）通过现场使用经验总结探头使用寿命，定期更换。

（2）加强大中修期间自动化系统施工监管，提高探头回装质量。

2.2 接口噪声干扰类故障案例

此类故障在我公司共发生过4次。故障表现为振动值无规律不定期大幅波动，严重影响设备安全稳定运行。

2.2.1 故障经过

以2011年3#风机为例，2011年9月20日3#风机扩容改造完成后，23：06开始取代4#机为三炉送风，运行至 9月30日02:26:18，3#风机电机励磁侧YT1704、XT1704传感器开始呈现无规律、不定期的振动异常波动现象，从图4故障时段振动趋势图中可以看出，振动最大值为31日00:04:56,达到139.6μm 。

图4 3#风机故障时刻振动趋势

2.2.2 故障分析

通过S8000大型旋转机械在线监测与故障诊断系统分析：图5频谱分析图中可以看出，所有频率具有相同能量，即各等带宽能量相等。

图5 3#风机故障时刻振动频谱图

从振动残余量列表可知：励磁侧X、Y两个测点在2011年10月8日00:40～01:14时段残余量超过20μm.明显高于其它测点，具有明显的干扰特征。

2.2.3 故障原因

信号电缆接线端子松动，传感器或延伸电缆接插件的接触电阻变化引起的接触不良。以上情况都可能在偶然的情况下，引发电气干扰或接口噪声，进而使测量值跑高。

2.2.4 故障主要特征

（1）频谱图：整个频域内均匀分布，所有频率具有相同能量，即各等带宽能量相等。

（2）振动列表：故障测点残余振动值明显高于其它正常测点。

（3）经常出现时间：大中修或检修后。

2.2.5 故障对策

我公司多次发生的该类案例大部分发生在高炉鼓风机大中修或检修后，该情况足以说明自动化部件检修回装质量造成的端子松动、插件是振动的主要原因，因此杜绝此类故障只能从强化检修质量入手。

2.3 信号干扰类故障案例

此类故障共两种，一种发生在运行设备附近有在用测试仪器，另一种发生在运行设备（如我公司TRT压差发电机组）附近有在用的对讲机等通讯设备。具体表现为故障时段内多次振值突然巨增且持续时间短暂。

2.3.1 故障经过

2011年 9月21日二高炉检修期间，对1#风机所有振动探头用北京中联克龙科技发展有限公司生产的MV型振动传感器校准仪就行了检查试验。该时间段S8000系统监测发现测试期间正在运行中的2、3号机组出现同步大幅振动的异常现象，振动最大值接近300μm。

由图 6、图 7、图 8 可以看出，2#、3#风机振动趋势与1#机测试时震动趋势完全同步且振值非常大。

图6 1#风机振动趋势图

图7 2#风机振动趋势图

图8 3#风机振动趋势图

2.3.2 故障原因

（1）设备附近测试仪器或通讯设备电磁信号干扰。

（2）现场监测保护系统框架表抗干扰能力差。

2.3.3 信号干扰类故障特征

（1）运行中的机组振动时刻、振值变化与干扰源同步。

（2）频谱图：整个频域内均匀分布，所有频率等比带宽能量递减。

（3）振动列表：残余振动值明显走高且故障时段S8000残余振动列表历史趋势数据明显走高。

2.3.4 故障对策

测试仪器或通讯设备对附近运行中的设备振动干扰能量非常大，最大值已达到300 um，振动持续时间一旦达到程序设定的延时5 s后立即停机，将给生产造成巨大的损失。 解决对策：

（1）杜绝或远离设备现场使用有发射信号的测试设备及通讯设备。

（2）选用抗干扰性强的、高质量的现场监测保护系统框架表。

3 结语

自动化类振动故障是高炉鼓风机振动类故障中发生率占比最高的故障类别，在实践中此类故障经常与其它类振动故障混淆发生误判而影响生产，本文通过对首钢股份公司近年实际案例的详细分析，总结出了三种类型的自动化故障诊断方法及解决对策，对今后冶金、电力、石化等大型旋转设备故障诊断具有重要的参考价值。

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