海上平臺(tái)透平機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)深入分析與故障預(yù)警

王新軍(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

目前海上油氣生產(chǎn)關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備采取了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[1]，但多年運(yùn)行的數(shù)據(jù)、資料未進(jìn)行有效的大數(shù)據(jù)分析，不能及時(shí)為作業(yè)人員提供診斷參考。遼東作業(yè)公司以動(dòng)力透平裝備為試點(diǎn)，構(gòu)建了透平運(yùn)行數(shù)據(jù)深入分析智能診斷的遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的早期預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)控，也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷和備件的托管服務(wù)支持。構(gòu)建動(dòng)力透平行業(yè)深入分析平臺(tái)體系，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力透平裝備高效穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)降低設(shè)備維護(hù)維修成本，營(yíng)造新型透平設(shè)備及服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，為渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)七年行動(dòng)計(jì)劃提供安全、高效生產(chǎn)運(yùn)行保障。

1 預(yù)警模型

當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化、劣化或開始損壞時(shí)，這些變化會(huì)在傳感器數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出來(lái)[2]。因此建立一個(gè)真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)模型就可以代表實(shí)體設(shè)備。用相似性理論建立的模型可以通過(guò)為每一個(gè)傳感器實(shí)時(shí)值創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)感帶，并與其他傳感器相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的早期預(yù)警[3]。本次透平發(fā)電機(jī)建模使用了138個(gè)傳感器，建立了某海上平臺(tái)透平B機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒、機(jī)械、發(fā)電機(jī)、天然氣燃料和熱水加熱器6個(gè)模型，使用“天然氣壓強(qiáng)≥2 350 kPa且有功≥1 500 kW”來(lái)判斷透平處于運(yùn)行狀態(tài)。

為了用于案例分析，我們?cè)跉v史12個(gè)月的數(shù)據(jù)中挑出部分正常運(yùn)行數(shù)據(jù)為模型參考數(shù)據(jù)。參考數(shù)據(jù)示例如圖1所示。

圖1 參考數(shù)據(jù)示例

2 透平發(fā)電機(jī)燃機(jī)側(cè)軸承故障預(yù)警

設(shè)備智能分析平臺(tái)某海上平臺(tái)透平B機(jī)在2019年7月底連續(xù)觸發(fā)了1起故障診斷單，異常的部位是透平發(fā)電機(jī)燃機(jī)側(cè)軸承。

2.1 預(yù)警診斷單概要

診斷單編號(hào)：1894，處理狀態(tài)：新診斷單，出現(xiàn)時(shí)間：2019/07/28 20:28:41。所屬設(shè)備與部件路徑：透平B機(jī)發(fā)電機(jī)診斷單如圖2所示。預(yù)警點(diǎn)詳情如圖3所示。

圖2 透平B機(jī)發(fā)電機(jī)診斷單

圖3 透平B機(jī)發(fā)電機(jī)預(yù)警點(diǎn)

2.2 測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)分析

測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)圖如圖4所示，預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖的圖例如表1所示。

圖4 透平B機(jī)發(fā)電機(jī)測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)圖

表1 預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖的圖例

趨勢(shì)圖及現(xiàn)象描述：透平B機(jī)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端Y方向間隙電壓在2019/07/26 19:26:14波動(dòng)至38 V觸發(fā)發(fā)電機(jī)燃機(jī)側(cè)軸承故障診斷單，之后在28日20時(shí)左右再次發(fā)生波動(dòng)，負(fù)荷齒輪箱振動(dòng)加速度在2019/07/29 18:58:50開始突然增大，持續(xù)至透平B機(jī)停機(jī)。

2.2 原因分析及處理方法

原因初步分析：(1)發(fā)電機(jī)定子繞組不對(duì)稱或轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組發(fā)生匝間短路或金屬接地故障，發(fā)電機(jī)磁路不對(duì)稱；(2)軸瓦油膜波動(dòng)、軸瓦接觸面有雜質(zhì)；(3)機(jī)械故障：轉(zhuǎn)子彎曲，機(jī)械不平衡，軸承故障等引起的高振動(dòng)。

處理方法：(1)就地檢查發(fā)電機(jī)定子繞組和勵(lì)磁繞組有無(wú)明顯故障，重點(diǎn)檢查勵(lì)磁機(jī)軸承與基座之間是否絕緣良好，嚴(yán)密監(jiān)視透平發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和轉(zhuǎn)子發(fā)熱情況，檢查發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子電壓、電流、負(fù)序電壓和負(fù)序電流等參數(shù)是否正常。(2)就地檢查各軸承振動(dòng)和溫度，傾聽(tīng)有無(wú)摩擦異音。若有就地能聽(tīng)到動(dòng)靜摩擦異音，應(yīng)立即停機(jī)。(3)檢查發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣有無(wú)明顯破損，停機(jī)后應(yīng)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)透平故障預(yù)警系統(tǒng)可以在故障發(fā)生前幾十天甚至幾個(gè)月給出預(yù)警，使得平臺(tái)能夠在設(shè)備停運(yùn)或低負(fù)荷時(shí)采取修復(fù)措施，避免故障的發(fā)生。

(2)逐步對(duì)基礎(chǔ)信息、健康樣本和健康模型、故障模式、故障樣本的積累完善，成功運(yùn)用后，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)貫通和全面分析建模，以逐步完善透平故障智能預(yù)警分析平臺(tái)。