火电机组振动国家工程研究中心
 
发布时间: 2013-07-03 浏览次数: 2524

火电机组振动国家工程研究中心(以下简称“中心”)于1994年由国家发改委(原国家计委)批准成立,是国内专业从事大型动力装置(汽轮机、燃气轮机、发电机、压缩机、风力机、风机、泵、推进系统等)振动分析的国家级工程研究中心。“中心”于2003年通过国家验收,并在国家发改委2008年起组织的连续3次国家工程研究中心评价中都被评为优秀。2012年获得国家发展与改革委员会授予的“国家工程研究中心杰出贡献奖”。
“中心”的目标和任务是:针对我国大型动力装置安全运行中存在的问题,对大型旋转机械转子动力学分析技术、机组振动分析技术、流固耦合振动抑制技术、故障诊断及治理技术、测试及监测监控技术等进行工程化研究开发,不断满足工业技术发展需求,提高我国大型机组运行的安全性与可靠性。
“中心”以东南大学为依托,以东南大学振动工程研究所及相关学科点为支撑组成研发基地,以南京东大测振仪器有限公司为中试基地,以南京东大能发科技有限公司为产业化基地,形成研发、中试、产业化基地三位一体、分工协作、统一协调运行架构。“中心”主任为傅行军教授,副主任为杨建刚和朱晓东教授。1996年“中心”被全国总工会授予“五一”劳动奖。

                              图1 “中心”运行模式                        

“中心”拥有3100平方米的研发大搂,装备有价值2000多万元的国际先进、国内一流的仪器设备。建造了大型轴系振动模拟试验装置、大型密封动力特性试验装置、轴承动力特性试验装置,引进了大型机组结构激振系统、移动式动平衡机及转子动力学工程化开发软件,建立了江苏省振动测试计量及环境模拟实验室,为承担大型机组安全方面重大工程项目、进行多学科工程化开发奠定了坚实的基础。   

  

                                     转子试验台   ZONIC公司电液激振器                                   B&K公司振动标定系统

    

 轴承试验台                                                              密封试验台

图2 分析测试仪器组图

        10多年来,“中心”累计科技经费投入23332万元、承担国家级省部级项目75项、主持或参与国家与行业标准11项、获得发明专利授权108项、国家科学技术进步奖1项、省部级奖16项,取得了48项实用性科技成果,其中14项国际先进、21项国内领先、9项国内先进,转化科研成果91项。其中:“提高大型机组安全稳定运行技术的综合研究”获得国家科技进步三等奖,“大型汽轮发电机组异常振动故障诊断与治理技术获得江苏省科技进步一等奖。据不完全统计,“中心”建设期内(1994年~2003年),为电力企业创造直接经济效益11.2亿,增加工业产值150亿。2004年以来,创造直接经济效益23.6亿元,增加工业产值100多亿元。

  

国家科技进步三等奖                    江苏省科技进步一等奖

 图3 获奖证书

        在长期为电力行业解决重大疑难振动故障的工程实践中,“中心”形成了具有特色的机组振动故障诊断和稳定运行、工况监测与故障诊断、机组监控和运行优化、轴系及结构动态特性优化、测试及传感等五大类技术。先后解决了田湾和秦山核电、平圩、宣城、姚孟等40多家电厂100多台机组重大疑难振动问题,获得省科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。“中心”研发了SE系列振动传感器、ZXP系列振动分析仪、振动监测保护及事故追忆装置TSI和在线分析系统TDM等,并向中试基地转化,已被广泛应用于电力、石化、冶金等行业,部分替代了国外同类产品。火电机组优化运行技术及系统已成功应用于100多台大型机组,并被中电联评为电力企业新技术新产品推广项目。机组状态监测、故障诊断和性能优化系统已在30多家电厂应用,先进控制技术在50多台火电机组上应用,发电厂生产过程信息化管理系统已在20多家电厂应用。
        经过20多年的持续发展,“中心”在“大型发电机组异常振动诊断及治理技术”、“振动测试分析、监测技术与系统”、“SIS平台下机组状态监测与性能优化技术”等方面取得关键性突破:

1 大型发电机组异常振动诊断及治理技术

         提出了轴系载荷分配测试、分析和优化调整技术,解决了长期困扰电厂的技术难题。发展了动平衡技术和振动故障诊断技术,提高了动平衡效率和故障诊断准确率,动平衡一次加准成功率达到75%以上,故障诊断准确率达到90%以上。先后解决了田湾和秦山核电、平圩、宣城、姚孟、福州等40多家电厂100多台、次大型机组重大疑难振动问题。近5年来,创造直接经济效益14.5亿元。该项成果先后获得江苏省科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。

 

             转子模型                                                               汽缸模型

 

                   风机和叶轮强度计算分析                   密封流场计算分析

图4 汽轮发电机组轴系和结构动力学优化设计

  图5 现场试验组图

  表1 获奖项目

序号
 称
1
1997,“提高国产200MW机组运行稳定可靠性的综合研究”,
国家科技进步三等奖
2
2002,“哈尔滨第三发电厂600MW机组振动综合治理”,
黑龙江省科技进步三等奖,黑龙江省电力局科技进步一等奖
3
2001,“大型汽轮发电机组疑难振动故障的诊断治理技术”,
江苏省科技进步一等奖

   表2   处理过的部分典型大机组案例
 号
    
1
田湾核电2台1000MW汽轮发电机组
2
元宝山电厂600MW机组
3
安徽宣城电厂600MW机组
4
平圩电厂#1、#2机600MW机组
5
哈尔滨第三发电厂600MW机组
6
清河电厂2台600MW机组
7
华能南京电厂300MW机组
8
辽宁铁岭电厂350MW机组
9
秦山核电600MW汽轮发电机组
10
华能南通电厂#1、#2机(350MW)
11
广东珠江电厂300MW机组
12
云南宣威电厂300MW机组
13
河南三门峡电厂300MW机组
14
徐州发电厂4台200MW机组
15
深圳南山热电厂9E燃气轮发电机组
16
广东中山电厂9E燃气轮发电机组
17
广东虎门电厂9E燃气轮发电机组
18
晋江电厂4台9F燃气轮机
19
安徽芜湖电厂600MW机组
20
华能金陵电厂2台9F燃气轮机组
21
大唐阳城电厂2台350MW机组
22
常州热电厂300MW机组
23
山西神头第一发电厂200MW机组
24
南京华润板桥电厂125MW、300MW机组
25
华能海口电厂125MW、300MW机组
26
华能汕头电厂200MW、600MW机组
27
国电镇江谏壁电厂200MW、1000MW机组
28
姚孟电厂600MW机组

 表3 “中心”承担和完成的重大项目

序号
 称
1
国家重点基础研究发展规划项目“多传感器信息融合”
2
黑龙江电力局攻关“哈尔滨第三发电厂振动治理”
3
国家自然科学基金项目“非定常流场下CN群上柔性转子系统动力特性研究”
4
国家自然科学基金“旋转机械内微小间隙约束自激振动动力学研究”
5
国家自然科学基金“大型旋转机械汽流激振研究”
6
国家自然科学基金“基于小波分析的进化谱理论及应用”
7
国家自然科学基金“远程分布式智能诊断网络理论、方法与系统研究”
8
国家“八五”重点科技项目“提高国产200MW机组运行稳定可靠性的综合研究”
9
教育部重点科技项目“大型汽轮发电机组常见振动故障机理研究”
10
国家高技术研究项目“机电系统远程监控与故障诊断技术研究”
11
教育部骨干教师资助计划“远程协作诊断理论与方法研究”
12
中澳政府合作项目“智能故障诊断技术研究”
13
国家高技术研究发展规划项目“智能化工程机械”
14
国家自然科学基金项目“密封可倾化提高转子系统稳定性的理论、试验与可行性研究”
15
国家863目标导向项目“大型汽轮发电机组安全运行关键技术和保障系统研究”
16
国家自然科学基金“可倾密封提高转子系统稳定性的理论与试验研究”
17
郭瑞,国家自然科学基金“微细通道高粘流体降压流动沸腾机理及气液两相流动结构研究”
18
邓艾东,国家自然科学基金“复杂传播结构和噪声环境下的旋转机械碰摩声发射识别与定位研究”
19
国家自然科学基金“径向环形密封增效减振理论与关键技术研究”
 

2 大型发电机组振动测试、分析、监测技术和系统

        振动测试分析技术和监测系统可以为机组的安全运行保驾护航。“中心”是国内最早开展振动分析仪表研发的单位。30多年来,“中心”先后研发了SE系列振动传感器(位移、速度和加速度)、ZXP系列单通道-40通道系列各种类型振动分析仪、振动监测保护及事故追忆装置TSI、机组振动在线分析系统TDM和振动标定系统等。“中心”研发的系列振动分析仪表已被广泛应用于电力、石化、冶金等行业大型旋转机械上,年销售量达到2000多套,部分替代了国外同类产品。
 
表4 TSI/TDM业绩
使用单位
机组容量
产品类型
投运时间
江西丰城电厂
2×660MW
汽轮发电机组状态监测及故障诊断系统
2006
广东惠来电厂
2×600 MW
汽轮发电机组状态监测及故障诊断系统
2006
华电云南昆明发电有限公司
2×300MW
汽轮发电机组状态监测及故障诊断系统
2005
云南大寨水力发电厂
6×100MW
水力发电机组状态监测故障诊断系统
2005
常熟发电厂
3×300MW
状态监测及故障诊断系统
2005
南京热电厂
2×300MW
状态监测及故障诊断系统
2003
南京苏源热电公司
2×300MW
状态监测及故障诊断系统
2004
马鞍山钢铁公司焦化厂
300MW
汽机监控保护系统
2001
南京汽轮电机厂
配套
汽机监控保护系统
1993-至今
哈尔滨汽轮电机厂
配套
汽机监控保护系统
1995-2002
上海自动化仪表公司系统成套分公司
配套
汽机监控保护系统
1996-2004
仪征化纤热电厂
4×50MW
汽机状态监测及诊断系统
2000
    表5 研制开发的振动监测系统和传感器
序号
 称
1
振动在线监测保护与故障诊断系统
2
DZ-L1型双通道低频振动测试分析仪
3
基于DSP手持式数据采集器
4
ZXP-63测振仪
5
SE系列电涡流传感器
6
ICP加速度传感器
7
轴系标高监测系统
8
ZXP-8型动平衡仪
9
ZXP-1600(3200)振动测试分析系统
10
扭振监测分析系统
11

汽机监控保护系列仪表

   

 汽轮机振动保护装置校准系统                                 ZXP24通道振动分析仪

  

 6 “中心”研发的传感器、振动分析与监测系统

   

  图7 远程振动监测系统框架图

  3 SIS平台下的状态监测、故障诊断和性能优化技术和系统

        针对火电机组节能降耗重大技术需求,研发了SIS平台下机组状态监测、故障诊断和性能优化系统,由生产过程在线监视和集成平台、机组性能计算和运行优化平台和在线监测故障诊断平台组成。通过对全厂生产数据的在线监测,实现机组监测、分析、诊断与决策。该系统能够帮助运行人员及时了解机组运行性能和状态,预防事故发生和发展,改善机组运行和检修方式,保证机组安全经济运行。本项研究成果已在多家电厂应用。

 图8 系统总体方案框架

 图9 系统网络拓扑图

 图10 系统统一数据库平台

 图11 DCS系统主蒸汽系统图

 图12 DCS系统主给水系统图

  图13 历史数据查询