海洋石油燃气轮机在线监测技术研究

李 进，刘海霞

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

1 引言

中国海油自二十世纪末进入液化天然气行业，并将燃气发电作为延伸产业，于2001 年开始用天然气发电，是我国三大油公司中唯一涉足燃气电厂业务的企业[1]。随着工业互联网的发展以及“碳达峰、碳中和”目标的提出，大力发展天然气发电，推进智慧电厂建设，加快构建电力生态圈，是中国海油推进数字化经济建设和践行“双碳”责任的重要举措[2]。中国海油智慧电厂建设蓝图通过云计算、人工智能、区块链等技术手段，以设备泛在感知、系统协同融合、数据驱动决策为目标，打造智慧电厂五大能力，全面提升安全、生产、管理、决策水平。作为智慧电厂关键设备之一的燃气轮机组，需要借助信息化、数字化的手段，建设智能化的燃气轮机组监测和专家诊断系统，全力保障智慧电厂的安全生产运行和数字化管理能力。本文分析某电厂机组现状，提出数字化监测和智能化方案。

2 机组概况

近年来，随着世界范围内天然气资源的开发利用，燃气轮机在发电领域得到全面应用[3]。尤其伴随着经济的快速发展和能源保障战略的推进，我国电力行业对燃气轮机产品需求迫切。目前燃气轮机制造强国有美国、德国、日本、意大利等，国际知名的燃气轮机厂商如通用电气公司、西门子能源公司、三菱重工业股份有限公司、安萨尔多能源公司等国际市场总占比超过95%[4，5]。国内相关单位也开展了燃气轮机相关研发，燃气轮机零部件从数量上看国产化率较高，但国内厂商仍未掌握F 级、E 级燃气轮机的控制及热端部件的制造及维修技术,仍需依赖进口[6]。某燃机的简要技术参数见表1。

表1 燃机技术参数

3 监测方案

3.1 监测参数

由于该机组部分设备状态参数已经接入DCS,部分参数监测需要额外增加布置测点，监测参数和位置对应表见表2。

表2 监测参数和位置对应表

3.2 功能要求

（1）故障机理分析

故障机理的研究内容是确定不同类型故障的征兆，特别是故障的频率特征和发生的部位，以及故障征兆与特定运行参数的关系。根据国内外最新研究成果，分析总结出故障的征兆，从原理上说明征兆存在的必然性及影响因素，以便建立科学的故障诊断规则。

（2）故障案例整理分析

根据燃气发电机组常见故障的部位、故障原因、特征、严重程度和处理方式等方面的不同，建立典型故障案例库，包括故障案例名称、故障出现时设备的状况、故障经过、故障的原因、故障特征、故障处理措施和效果等。

（3）建立故障预警模型

燃气发电机组具有较为完整的故障报警模型，为了提前发现潜在问题，需要设置常见故障预警模型。当测量参数及其组合达到某个阈值时进行预警，此值通常小于相同测量数据的报警值。对于振动，主要根据频段进行划分，如果某频段的振幅超过设置的预警值，则进行此频段故障预警。

虽然测量参数及其组合没有达到某个阈值，但其变化量达到某个阈值也需要进行预警。对于振动，主要根据一定时间内振幅和相位的变化，包括一倍频矢量的变化。

（4）建立开放的诊断知识库

根据燃气发电机组常见故障机理、故障案例分析和现场经验，建立适应燃气发电机组常见故障诊断知识库，包括背景库、测点库、故障库、征兆库、规则库和对策库等。

建立开放的诊断知识库管理系统，将诊断知识库构成一个整体，便于在诊断时直接调用，并且与算法程序相对独立，现场专家与编程人员的分工比较清晰，能够发挥各自的专业优势。同时根据经验积累，不断完善诊断知识库。

（5）建立可验证的算法库

征兆可信度和故障可信度计算是系统的核心，计算方法可以是确定的逻辑关系或模糊的数学关系，计算结果是[0，1]之间的值。系统提供每个征兆可信度的计算方法以及故障可信度的计算方法，并采用模拟数据和实际数据两种方法进行验证。

（6）系统集成

系统提供标准通讯接口，与企业云平台无缝衔接，在与其它系统数据共享的基础上，实现故障预警和智能诊断。

4 应用

选取海洋石油某燃气轮机组，按照上述方案安装在线监测系统，监测系统如图1 所示。通过燃气轮机在线监测系统，可以实时远程查看设备运行参数和运行状态，并通过数据分析评估机组故障，指导设备管理人员开展预知性维修。

图1 燃气轮机组在线监测系统

5 总结

文中分析了海洋石油某燃气轮机的技术参数，提出了在线监测功能需求，通过安装在线监测系统，实现了对燃气轮机组的在线监测和评估诊断功能，为设备管理人员开展预知性维修提供了技术支持。