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摘 要：由于燃气轮机需要长期运行于高温高压环境下，极易受热疲劳、机械振动等因素的影响，因此，产生故障的原因十分复杂，仅仅依靠技术人员很难及时发现故障，并进行正确的判断与处理。为方便远程设备制造厂商、专业设计人员及诊断专家及时掌握设备运行状况，帮助制定科学的维护策略，本文对燃气轮机结构及其常见故障情况进行了分析，提出了以CAN总线为基础的远程监测及诊断系统。
关键词：燃气轮机；远程监测；诊断系统
燃气轮机兴起于20世纪，在五十多年的发展过程中，由于污染少、效率高、灵活性强、结构紧凑、质量小等多项优点得到了广泛的应用，逐渐发展成为新世纪电力行业的主力机械。但是，由于工作条件恶劣，结构复杂程度高，导致燃气轮机成为系统中故障频发部位之一。因此，为了进一步提高燃气轮机运行过程的稳定性及可靠性，尽可能减少事故的发生频率，必须加强燃气轮机的监测及故障诊断。鉴于此，本文重点针对燃气轮机远程检测及诊断系统进行了分析。
1.燃气轮机的结构及常见故障分析
1.1.结构及运行原理
燃气轮机主要包括燃烧室、压气机及涡轮三大部分。其中，压气机及涡轮是机械工和气流能量间进行转换的关键部分。在涡轮的驱动下，压气机高速进行旋转，并不断将空气吸入，同时压缩使其升压，受到压缩的空气进入燃烧室内，同喷入燃料相互混合开始燃烧，而后高温燃气进入涡轮，因膨胀而做功，促使动力叶片产生高速旋转，转子由于旋转而做功，多数功用于驱动压气机，剩余一部分功用于驱动负载。做功过后的燃气温度仍相当高，可利用余热锅炉等进行再利用。
1.2.常见故障
根据燃气轮机的结构及运行原理可知，除机械振动以外，还易受高温、高压气体等的影响，导致设备部件产生变形、腐蚀或磨损等问题，特别是当并发故障发生时，更难进行故障诊断。燃气轮机较为常见的故障类型如下：压气机积垢或喘振，压气机叶片磨损或损伤，喷嘴受到腐蚀，涡轮叶片积垢、磨损或发生机械性损伤，燃烧室变形等。
2.燃气轮机远程监测及诊断系统的设计分析
2.1.远程监测及诊断系统的结构
本文以CAN总线为基础，设计了一种较为简洁的分布式远程监测及诊断系统，能够方便有效地对各类故障诊断方法进行调用，实现了对机组的状态监测及诊断目的。系统主要包括传感器、采集处理及监测、远程监测、分析诊断及网络五大子系统，集人工智能化、信号处理、通信、数据库、DSP、Internet等技术于一体，将系统化监测及诊断任务分别分解至各层计算机上，通过相互协调与配合，实现了分布式远程监测及诊断过程，如图1所示。
2.1.1.远程监测子系统，该子系统位于设备层，由多个基于DSP的智能化嵌入式采集处理单元构成。其中，DSP拥有强大的信号处理能力，同采集处理电路相配合，对燃气轮机在线状态数字信号进行采集，经滤波等处理，获取所需状态的原始数据。经监测算法的处理，借助于设备层总线将处理后的数据上传至诊断层。以CAN总线为基础实现了现场各采集、监测、诊断等子系统的相互连接。
2.1.2.传感器子系统，信号经隔离、转换、滤波、放大等模块的处理，实现了专一化的信号处理，针对测试信号的差异性进行自由组合，促使信号调理等硬件实现了组态化。
2.1.3.采集处理及监测子系统。该子系统包括慢变A/D数据采集卡、高速A/D采集卡以及DSP等构成。高速A/D采集卡负责对振动及转速信号进行采集，并同步进行通道模拟信号的采集；流量、温度或压力信号采样慢变A/D进行采集。利用该子系统实现了数据存储、采集、报警及监测等多项功能。采集到的数据经局域网存储于文件服务器中，若网络中断则将存入本地磁盘中，恢复网络后，服务器可对数据进行调用。
2.1.4.网络及分析诊断子系统。其主要位于监测诊断层，通过以太网实现诊断计算机、监测机、数据库及文件服务器等设备的相互连接，其中，分析诊断子系统拥有大量分析及诊断相关软件，能够对故障进行自动化、精密化诊断，并对趋势报表进行分析。监测机借助于通信计算机对设备层所采集数据进行接收，并借助于监测界面进行显示，同时负责分析常规数据或报警。
2.2.远程监测及诊断系统的主要功能分析
2.2.1.采集处理及监测子系统负责初始化系统，及数据的即时采集与处理，并同CAN总线数据进行相互通信。
2.2.2.网络通信模块负责系统通讯，如将机组运行数据及参数不断发送至工程师站，经分析后，工程师站将参数设置等命令发送到信号采集站。MIS系统同工程师站之间的通信主要是借助于服务器实现的，利用Windows NT对数据进行即时传送，确保工程师能够实时监控机组状态。远程网络连接使得MIS同Internet之间建立起了连接，能够同工程师及诊断专家及时进行交流，获取更多专业化信息及处理措施，并将结论发送给现场的工程技术人员。
2.2.3.数据库模块共包括两大部分，即采集站与诊断中心两大数据库，前者为实时性数据库，包括振动、波形、温度、压力、频谱、转速等参数，后者根据不同诊断构建对应的历史数据库。实时数据库负责对客户端数据进行接收，达到远程监测的目的。而历史数据库负责对故障有关数据进行手机，例如升、降速，负荷增减，机组开启或停止过程的状态参数，以及异常状态参数等。
2.2.4.服务模块，现场及远程专家利用其分析和处理状态数据参数，并制定诊断及故障处理策略，所提供的故障诊断及处理服务包括神经网络、方法、遗传算法、模糊算法等所构建的多种诊断程序。
3.结语
本文所构建的燃气轮机远程监测及诊断系统，集参数采集、数据处理及分析、故障诊断及智能化技术于一体，实现了对燃气轮机工作状态的实时监测及诊断，借助于Internet技术，实现了系统的远程监测及故障诊断。远程技术人员可通过登陆远程诊断网站对燃气轮机进行监控，有效提高了诊断的精确性，为现场工作人员提供了科学的依据，确保了燃气轮机运行过程的安全性及稳定性。
参考文献：
[1] 姜伟，赵士杭等. 燃气轮机原理、结构与应用[M]. 北京：科学出版社，2009.
[2] 盛兆顺，尹琦岭. 设备状态监测与故障诊断技术及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2007.
关键词：燃气轮机；远程监测；诊断系统
燃气轮机兴起于20世纪，在五十多年的发展过程中，由于污染少、效率高、灵活性强、结构紧凑、质量小等多项优点得到了广泛的应用，逐渐发展成为新世纪电力行业的主力机械。但是，由于工作条件恶劣，结构复杂程度高，导致燃气轮机成为系统中故障频发部位之一。因此，为了进一步提高燃气轮机运行过程的稳定性及可靠性，尽可能减少事故的发生频率，必须加强燃气轮机的监测及故障诊断。鉴于此，本文重点针对燃气轮机远程检测及诊断系统进行了分析。
1.燃气轮机的结构及常见故障分析
1.1.结构及运行原理
燃气轮机主要包括燃烧室、压气机及涡轮三大部分。其中，压气机及涡轮是机械工和气流能量间进行转换的关键部分。在涡轮的驱动下，压气机高速进行旋转，并不断将空气吸入，同时压缩使其升压，受到压缩的空气进入燃烧室内，同喷入燃料相互混合开始燃烧，而后高温燃气进入涡轮，因膨胀而做功，促使动力叶片产生高速旋转，转子由于旋转而做功，多数功用于驱动压气机，剩余一部分功用于驱动负载。做功过后的燃气温度仍相当高，可利用余热锅炉等进行再利用。
1.2.常见故障
根据燃气轮机的结构及运行原理可知，除机械振动以外，还易受高温、高压气体等的影响，导致设备部件产生变形、腐蚀或磨损等问题，特别是当并发故障发生时，更难进行故障诊断。燃气轮机较为常见的故障类型如下：压气机积垢或喘振，压气机叶片磨损或损伤，喷嘴受到腐蚀，涡轮叶片积垢、磨损或发生机械性损伤，燃烧室变形等。
2.燃气轮机远程监测及诊断系统的设计分析
2.1.远程监测及诊断系统的结构
本文以CAN总线为基础，设计了一种较为简洁的分布式远程监测及诊断系统，能够方便有效地对各类故障诊断方法进行调用，实现了对机组的状态监测及诊断目的。系统主要包括传感器、采集处理及监测、远程监测、分析诊断及网络五大子系统，集人工智能化、信号处理、通信、数据库、DSP、Internet等技术于一体，将系统化监测及诊断任务分别分解至各层计算机上，通过相互协调与配合，实现了分布式远程监测及诊断过程，如图1所示。
2.1.1.远程监测子系统，该子系统位于设备层，由多个基于DSP的智能化嵌入式采集处理单元构成。其中，DSP拥有强大的信号处理能力，同采集处理电路相配合，对燃气轮机在线状态数字信号进行采集，经滤波等处理，获取所需状态的原始数据。经监测算法的处理，借助于设备层总线将处理后的数据上传至诊断层。以CAN总线为基础实现了现场各采集、监测、诊断等子系统的相互连接。
2.1.2.传感器子系统，信号经隔离、转换、滤波、放大等模块的处理，实现了专一化的信号处理，针对测试信号的差异性进行自由组合，促使信号调理等硬件实现了组态化。
2.1.3.采集处理及监测子系统。该子系统包括慢变A/D数据采集卡、高速A/D采集卡以及DSP等构成。高速A/D采集卡负责对振动及转速信号进行采集，并同步进行通道模拟信号的采集；流量、温度或压力信号采样慢变A/D进行采集。利用该子系统实现了数据存储、采集、报警及监测等多项功能。采集到的数据经局域网存储于文件服务器中，若网络中断则将存入本地磁盘中，恢复网络后，服务器可对数据进行调用。
2.1.4.网络及分析诊断子系统。其主要位于监测诊断层，通过以太网实现诊断计算机、监测机、数据库及文件服务器等设备的相互连接，其中，分析诊断子系统拥有大量分析及诊断相关软件，能够对故障进行自动化、精密化诊断，并对趋势报表进行分析。监测机借助于通信计算机对设备层所采集数据进行接收，并借助于监测界面进行显示，同时负责分析常规数据或报警。
2.2.远程监测及诊断系统的主要功能分析
2.2.1.采集处理及监测子系统负责初始化系统，及数据的即时采集与处理，并同CAN总线数据进行相互通信。
2.2.2.网络通信模块负责系统通讯，如将机组运行数据及参数不断发送至工程师站，经分析后，工程师站将参数设置等命令发送到信号采集站。MIS系统同工程师站之间的通信主要是借助于服务器实现的，利用Windows NT对数据进行即时传送，确保工程师能够实时监控机组状态。远程网络连接使得MIS同Internet之间建立起了连接，能够同工程师及诊断专家及时进行交流，获取更多专业化信息及处理措施，并将结论发送给现场的工程技术人员。
2.2.3.数据库模块共包括两大部分，即采集站与诊断中心两大数据库，前者为实时性数据库，包括振动、波形、温度、压力、频谱、转速等参数，后者根据不同诊断构建对应的历史数据库。实时数据库负责对客户端数据进行接收，达到远程监测的目的。而历史数据库负责对故障有关数据进行手机，例如升、降速，负荷增减，机组开启或停止过程的状态参数，以及异常状态参数等。
2.2.4.服务模块，现场及远程专家利用其分析和处理状态数据参数，并制定诊断及故障处理策略，所提供的故障诊断及处理服务包括神经网络、方法、遗传算法、模糊算法等所构建的多种诊断程序。
3.结语
本文所构建的燃气轮机远程监测及诊断系统，集参数采集、数据处理及分析、故障诊断及智能化技术于一体，实现了对燃气轮机工作状态的实时监测及诊断，借助于Internet技术，实现了系统的远程监测及故障诊断。远程技术人员可通过登陆远程诊断网站对燃气轮机进行监控，有效提高了诊断的精确性，为现场工作人员提供了科学的依据，确保了燃气轮机运行过程的安全性及稳定性。
参考文献：
[1] 姜伟，赵士杭等. 燃气轮机原理、结构与应用[M]. 北京：科学出版社，2009.
[2] 盛兆顺，尹琦岭. 设备状态监测与故障诊断技术及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2007.