一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统及方法与流程

本发明涉及故障检测和测量技术领域，尤其涉及一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统及方法。

背景技术：

汽轮机瓦振传感器是用来测量汽轮机轴承座的振动值，一般以支承转子的轴承座振动的峰峰值作为振动值。汽轮机瓦振值为汽机启动、运行、停机过程中监视的重要运行参数，一些厂家将其数值作为汽轮机跳机保护的参数之一，而且还会提供手动建议打闸值。由于汽轮机瓦振传感器安装在汽轮机轴承座上，长期处于高温和振动的运行环境，发生故障的概率较大，当机组振动异常时需要及时诊断传感器的状态和进行故障分析，为正确处理汽轮机组运行参数异常提供重要的依据，且瓦振数据的可靠性关系到汽轮机的安全性，瓦振数据的可靠性诊断和停机时对瓦振传感器通道的快速校验，对保障汽轮机组的安全性也有着重要的意义。

目前市场上针对μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器通道校验一般采用通用函数发生器和其它元器件来搭建电气回路，产生带偏置的μa、mv信号，且多采用委托专业检定机构对瓦振传感器进行检定，一般不进行现场的初步检查和校验；针对瓦振传感器故障诊断一般采用振动传感器的信号采集装置，通过对传感器的频谱分析等方式来判断汽轮机的状态，而对于传感器本身的判断一般采用更换的方式进行比较判断，正式的校验一般需要送专业的校验机构进行。

现有技术采用的一般函数发生器的小信号源具有稳定性差、精度低的缺点，使用该技术方案进行通道校验可靠性很差，且精度很难达到要求，且需要自己搭建电气回路，可靠性更差，难以满足试验的要求；对传感器本身故障判断，没有在线故障诊断的专用装置和软件应用，未建立传感器故障专家数据库，无法根据故障特征快速提供诊断辅助；由于缺少振动源和标准传感器的现场校验判断，采用更换传感器方式无法排除更换的传感器本身的故障造成的误判断，无法对传感器的故障类型进行准确的定位。送专业的校验机构进行正式校验，由于周期较长，无法满足故障处理临时停机对时间的紧迫要求。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统，包括：

接线箱，具有多个信号通道，在瓦振传感器正常运行时与所述瓦振传感器连接，用于接收并传递瓦振传感器运行时发出的检测信号；

控制器，与所述接线箱连接，用于控制所述接线箱的信号通道接通或断开；

通道校验仪，与所述控制器连接，在所述控制器的控制下与所述接线箱连接，用于提供多个校验信号对传感器通道进行校验；

振动台，与所述控制器连接并和瓦振传感器固定，用于在所述控制器的控制下向瓦振传感器提供振动源，同时发出标准振动信号；

故障诊断器，分别与所述振动台、所述接线箱和所述控制器连接，用于在瓦振传感器正常运行时接收所述接线箱传送的瓦振传感器的检测信号和所述振动台的标准振动信号，在线诊断所述瓦振传感器故障。

优选地，所述控制器用于在瓦振传感器正常运行时断开所述接线箱与所述通道校验仪之间的连接并接通所述接线箱和瓦振传感器之间的连接；所述控制器还用于在进行通道校验时断开所述接线箱与瓦振传感器之间的连接并接通所述接线箱与所述通道校验仪之间的连接。

优选地，所述控制器还用于在所述传感器通道校验合格后控制所述振动台振动并控制所述故障诊断器运行。

优选地，所述振动台包括：

振动台体，用于提供振动源并发出自身的标准振动信号；

固定夹，分别与所述振动台体和瓦振传感器固定连接，用于使瓦振传感器随所述振动台体一同振动；

标准探头，分别与所述振动台体和所述故障诊断器连接，用于传递所述标准振动信号至所述故障诊断器。

优选地，所述故障诊断器包括：

接线控制模块，分别与所述标准探头和所述接线箱连接，用于从所述接线箱传递的瓦振传感器的检测信号和所述标准探头传递的标准振动信号；

故障分析模块，与所述接线控制模块连接，用于根据接收的所述检测信号和标准振动信号对瓦振传感器的故障进行分析；

显示模块，分别与所述接线控制模块和所述故障分析模块连接，用于显示测量结果、振动波形以及分析结果。

优选地，所述接线控制模块包括若干个控制所述故障分析模块和所述显示模块运行操作的控制键，若干个电压和电流输入接口，以及若干个usb和通讯接口。

优选地，所述控制器通过所述usb接口和所述接线控制模块连接，所述控制器还用于控制所述故障分析模块和所述显示模块的运行操作。

优选地，所述故障分析模块还包括：

数据库模块，采用故障集方式建立了瓦振传感器故障诊断的专家数据库；

分析模块，分别与所述接线控制模块和所述数据库模块连接，用于根据接收的所述检测信号和标准振动信号，通过与所述数据库模块中的数据库进行比对，基于用图标代替文本行创建应用程序的labview图形化编程语言，采用数据流编程方式对瓦振传感器的故障进行分析。

优选地，所述通道校验仪用于产生μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器的信号源对传感器通道进行校验。

本发明还提供了一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验方法，包括如下步骤：

s1、接通通道校验仪和接线箱，所述通道校验仪进行校验，通道校验合格进行步骤s3，通道校验不合格则进行步骤s2；

s2、根据通道校验仪的校验结果对通道故障进行分析并进行维修至通道校验合格后，进行步骤s3；

s3、固定连接振动台和瓦振传感器，将所述接线箱分别与瓦振传感器和故障诊断器连接，控制所述振动台发出标准振动信号并传递所述标准振动信号至故障诊断器，瓦振传感器传递检测信号至所述接线箱；

s4、所述故障诊断器根据接线箱传送的瓦振传感器的检测信号和所述振动台的标准振动信号，在线诊断所述瓦振传感器故障。

优选地，所述步骤s4还包括：

s41、采用故障集方式建立瓦振传感器故障诊断的专家数据库；

s42、接收的所述检测信号和标准振动信号，通过与所述数据库进行比对，基于用图标代替文本行创建应用程序的labview图形化编程语言，采用数据流编程方式对瓦振传感器的故障进行分析；

优选地，所述步骤s1中所述通道校验仪通过产生μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器的信号源对传感器通道进行校验。

本发明方案提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本发明方案中，通过研制一套便携式汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验装置，可以满足机组振动异常时振动传感器故障诊断和现场通道校验的需要，它可以广泛地应用于国内常规火电机组、核电机组瓦振传感器故障诊断及通道的校验，为机组检修人员提供瓦振传感器在线诊断的手段，快速判断通道的可用性，缩短检修时间，减少机组误停机次数，提高机组的安全性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的振动台结构图；

图3是本发明第二实施例提供的汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验装置的流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验装置和方法，解决了现有技术中存在的振动采集通道精度校验时，μa、mv级小信号极易受到外界的干扰，现场一般不具有对传感器进行有源振动检测的条件，没有在线故障诊断的专用装置和软件应用，未建立传感器故障专家数据库，无法根据故障特征快速提供诊断辅助，无法对传感器的故障类型进行准确的定位，且送专业的校验机构进行正式校验，周期较长无法满足故障处理临时停机对时间的紧迫要求的问题，通过研制一种便携式汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验装置和方法，可以满足机组振动异常时振动传感器故障诊断和现场通道校验的需要，它可以广泛地应用于国内常规火电机组、核电机组瓦振传感器故障诊断及通道的校验，为机组检修人员提供瓦振传感器在线诊断的手段，快速判断通道的可用性，缩短检修时间，减少机组误停机次数，提高机组的安全性和经济性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

请参见图1，图1是本发明提供的第一实施例的汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验系统结构示意图，从图中可以看出，该系统包括：接线箱1，具有多个信号通道，在瓦振传感器正常运行时与所述瓦振传感器连接，用于接收并传递瓦振传感器运行时发出的检测信号；控制器2，与所述接线箱1连接，用于控制所述接线箱1的信号通道接通或断开；通道校验仪3，与所述控制器2连接，在所述控制器2的控制下与所述接线箱1连接，用于提供多个校验信号对传感器通道进行校验；振动台4，与所述控制器2连接并和瓦振传感器固定，用于在所述控制器2的控制下向瓦振传感器提供振动源，同时发出标准振动信号；故障诊断器5，分别与所述振动台4、所述接线箱1和所述控制器2连接，用于在瓦振传感器正常运行时接收所述接线箱1传送的瓦振传感器的检测信号和所述振动台4的标准振动信号，在线诊断所述瓦振传感器故障。

具体地，在瓦振传感器正常运行时，控制器2断开所述接线箱1与所述通道校验仪3之间的连接并接通所述接线箱1和瓦振传感器之间的连接；在进行通道校验时，所述控制器2断开所述接线箱1与瓦振传感器之间的连接并接通所述接线箱1与所述通道校验仪3之间的连接。通道校验合格之后，瓦振传感器正常运行，控制器2断开所述接线箱1与所述通道校验仪3之间的连接并接通所述接线箱1和瓦振传感器之间的连接，并控制所述故障诊断器5运行，开始进行故障诊断。

在本实施例中，所述通道校验仪共有4路传感器仿真输出通道，每个通道可独立模拟电涡流、磁电、惯性、icp、磁阻式传感器，将通道校验仪的4路传感器仿真输出通道分别与接线箱连接，通道校验仪输出模拟瓦振传感器信号，如瓦振的速度信号、加速度信号，运行之后会显示产生的物理量参数和图形，将得到的参数和图形与通道校验仪内储存的标准参数与图形进行比对并自动校正。本实施例中的通道校验仪可以校验测量仪表的振动(位移、速度、加速度)、偏心、转速等输入通道，并且能产生μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器的信号源，满足μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器通道校验的需求。

具体地，结合图1和图2所示，所述振动台4包括：振动台体41，用于提供振动源并发出自身的标准振动信号；固定夹42，分别与所述振动台体41和瓦振传感器固定连接，用于使瓦振传感器随所述振动台体41一同振动；标准探头43，分别与所述振动台体41和所述故障诊断器5连接，用于传递所述标准振动信号至所述故障诊断器5。利用固定夹42，在检测瓦振传感器故障的过程中提供标准振动信号时，不需要将瓦振传感器从汽轮机轴承座拆卸下来，能够为机组检修人员提供瓦振传感器在线诊断的手段，缩短检修时间，减少机组误停机次数，提高机组的安全性和经济性。

如图1所示，所述故障诊断器5包括：接线控制模块51，分别与所述标准探头43和所述接线箱1连接，用于从所述接线箱1传递的瓦振传感器的检测信号和所述标准探头43传递的标准振动信号；故障分析模块52，与所述接线控制模块51连接，用于根据接收的所述检测信号和标准振动信号对瓦振传感器的故障进行分析；显示模块53，分别与所述接线控制模块51和所述故障分析模块52连接，用于显示测量结果、振动波形以及分析结果。

具体地，所述接线控制模块51包括一个控制所述故障分析模块52和所述显示模块53运行操作的控制键，六个电压输入接口，六个电流输入接口，以及两个usb接口和一个通讯接口。

在本实施例中，所述控制器2为外接便携式笔记本，通过所述usb接口和所述接线控制模块51连接，所述控制接线模块51可以控制所述故障分析模块52和所述显示模块53的运行和操作，所述控制器2也可以控制所述故障分析模块52和所述显示模块53的运行操作，同时还能与所述显示模块53同样显示显示测量结果、振动波形以及分析结果。使用便携式笔记本控制故障诊断器5便于操作，而且笔记本显示屏幕更方便观察、记录并打印显示测量结果、振动波形以及分析结果。本发明实施例中的故障诊断器5能够连续记录、保存和显示1天以上的历史数据，与被测试设备接入采用硬接线方式，测试电缆与试验装置的连接为标准的bnc接头，模拟量信号误差应小于0.2％fs，试验装置信号采样及显示时间应小于5ms。

具体地，所述故障分析模块52还包括：数据库模块521，采用故障集方式建立了瓦振传感器故障诊断的专家数据库；分析模块522，分别于所述接线控制模块51和所述数据库模块521连接，用于根据接收的所述检测信号和标准振动信号，通过与所述数据库模块521中的数据库进行比对，基于用图标代替文本行创建应用程序的labview图形化编程语言，labview是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了vi及函数的执行顺序。vi指虚拟仪器，是labview的程序模块。

其中，瓦振传感器故障诊断首先根据传感器不同类型划分为电涡流型、压电加速度型和磁电速度型三种，然后对每种类型的传感器建立尽可能全的“故障集”(类似于专家库)，所述“故障集”储存于数据库模块521中。

具体地，振动台4通过标准探头43传输标准振动信号至接线控制模块51再传输至分析模块522，瓦振传感器发出振动信号传输到接线箱1再传输至接线控制模块51和分析模块522，同时数据库模块521将“故障集”传输至分析模块522，分析模块522根据接收的所述检测信号和标准振动信号与故障集进行比对，最后生成故障诊断结果报告，再将测量结果通过usb接口传输到控制器2，即便携式笔记本。

具体地，故障诊断按照两种方式诊断，第一种为“基本检查和判断”项目，主要目的是通过对一些简单的、表观的、显而易见的检查和判断，快速确定简单故障，给出结论；第二种为“经传感器检测信号的信号分析结果来判断”的项目，包括“幅值域信号分析”、“时间域信号分析”、“频率域信号分析”三种分析手段，从而得到较为复杂的故障诊断结果，例如一些组合故障。

在“故障集”的基础上，采用两种诊断和推理方案：第一种为“经基本检查和判断来确定故障原因”，即在界面上展示若干基本的、易于直观检查的故障，用户技术人员直接通过勾选的方式尽可能确定故障原因；第二种要复杂一些，称为“经传感器监测信号分析来确定的故障”，即“经过信号分析诊断故障”，其要点是：大部分复杂故障无法通过表观检查直接确定，但这些故障在幅值域、时间域或频率域都会留下一些特征痕迹，并且所有故障的图形都可以归类为有限的几十种图形特征表现。系统界面上设置有幅值域图形、时间域图形和频谱图，并罗列出多种图形特征，本实施例中系统罗列了24种不同的图形特征，对应于幅值域、时间域和频率域各8种，用户技术人员通过观察这些图形，经简单判断后勾选相应的图形特征，然后，软件可根据后台设置的故障搜索与匹配引擎，找到与所勾选相匹配的故障组合，供技术人员进一步确认故障。通过该汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验装置的应用，为保证汽轮机正常运行提供重要依据。

实施例二

结合图3所示，本发明实施例二提供了一种汽轮机瓦振传感器故障诊断及通道校验方法，包括如下步骤：

s1、接通通道校验仪3和接线箱1，所述通道校验仪3进行校验，通道校验合格进行步骤s3，通道校验不合格则进行步骤s2；

s2、根据通道校验仪3的校验结果对通道故障进行分析并进行维修至通道校验合格后，进行步骤s3；

s3、固定连接振动台4和瓦振传感器，将所述接线箱1分别与瓦振传感器和故障诊断器5连接，控制所述振动台4发出标准振动信号并传递所述标准振动信号至故障诊断器5，瓦振传感器传递检测信号至所述接线箱1；

s4、所述故障诊断器5根据接线箱1传送的瓦振传感器的检测信号和所述振动台4的标准振动信号，在线诊断所述瓦振传感器故障。

具体地，在步骤s1中，在进行通道校验时，通过控制器2断开所述接线箱1与瓦振传感器之间的连接并接通所述接线箱1与所述通道校验仪3之间的连接；在步骤s3中在所述传感器通道校验合格后瓦振传感器正常运行时控制器2断开所述接线箱1与所述通道校验仪3之间的连接并接通所述接线箱1和瓦振传感器之间的连接，并控制所述振动台4振动和控制所述故障诊断器5运行。

在本实施例中，所述步骤s1中所述通道校验仪2通过产生高精度的μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器的信号源对传感器通道进行校验，满足μa、mv级小信号加速度类型瓦振传感器通道校验的需求。

具体地，所述步骤s4还包括：

s41、采用故障集方式建立瓦振传感器故障诊断的专家数据库；

s42、接收的所述检测信号和标准振动信号，通过与所述数据库进行比对，基于用图标代替文本行创建应用程序的labview图形化编程语言，采用数据流编程方式对瓦振传感器的故障进行分析。

本发明实施例中所述步骤s42中故障分析具体按照两种方式诊断，第一种为“基本检查和判断”项目，主要目的是通过对一些简单的、表观的、显而易见的检查和判断，快速确定简单故障，给出结论；第二种为“经传感器检测信号的信号分析结果来判断”的项目，包括“幅值域信号分析”、“时间域信号分析”、“频率域信号分析”三种分析手段，从而得到较为复杂的故障诊断结果，例如一些组合故障。

在“故障集”的基础上，采用两种诊断和推理方案：第一种为“经基本检查和判断来确定故障原因”，即在界面上展示若干基本的、易于直观检查的故障，用户技术人员直接通过勾选的方式尽可能确定故障原因；第二种要复杂一些，称为“经传感器监测信号分析来确定的故障”，即“经过信号分析诊断故障”，其要点是：大部分复杂故障无法通过表观检查直接确定，但这些故障在幅值域、时间域或频率域都会留下一些特征痕迹，并且所有故障的图形都可以归类为有限的几十种图形特征表现。系统界面上设置有幅值域图形、时间域图形和频谱图，并罗列出多种图形特征，本实施例中系统罗列了24种不同的图形特征，对应于幅值域、时间域和频率域各8种，用户技术人员通过观察这些图形，经简单判断后勾选相应的图形特征，然后，软件可根据后台设置的故障搜索与匹配引擎，找到与所勾选相匹配的故障组合，供技术人员进一步确认故障。通过该汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验装置的应用，为保证汽轮机正常运行提供重要依据。

综上所述，本申请方案对于现有技术至少具有以下有益技术效果：

(1)通过该汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验系统和方法的应用，可以快速、高精度地完成振动信号采集通道精度校验，减少干扰带来的误差。

(2)通过该汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验系统和方法的应用，可以实现现场对瓦振传感器进行校验。

(3)通过该汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验系统和方法的应用，为保证汽轮机正常运行提供重要依据，提高公司在役服务能力和开拓在役服务业务。

根据上面的描述，上述汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验系统用于实施上述汽轮机瓦振传感器在线故障诊断和通道校验方法，所以，该系统的实施方式与上述方法的一个或多个实施方式相同，在此就不再一一赘述了。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。