GB／T 40739-2021  燃气轮机 燃气轮机设备的数据采集和趋势监测系统要求

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对电厂热力状态参数进行修正，需要获取所有环境运行参数，包括：

对电厂热力状态参数进行修正，需要获取所有环境运行参数路基标准规范范本，包括： 环境压力；

图2趋势监测系统（TMS)

环境压力； 温度； 湿度； 热值； 一 排气压力损失。 将实际测量值和目标值进行对比是很容易实现的，这些目标值是通过循环分析综合系统的实际状 态得到的。循环分析是根据测量参数进行分析计算的。如果数据缺失，可以通过制造商提供的图表或 表格进行经验计算，循环分析需要的数据可能并不是电站运行人员所熟知的 通过这种方式，可以确定计算值与设计或参考值的偏差，这些偏差随着时间的推移而持续存在（如 改率）；可以检查与运行成本相关的值（如燃料消耗)并跟踪系统扰动或故障的发生。 更先进的系统还可以向非专家型的维护人员和操作员提供诊断和建议。 应用于燃气轮机的关键领域如下

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a）DA系统的所有特性，以及包括以下内容的中长期趋势监测： 性能结果； 排放监测和报告； 机械运行参数。 b） 用于以下内容的趋势分析： 故障发展的辨识； 故障预测； 操作和维护优化； 通过状态检修（MOC）提高可用性

TMS能够执行与DA相同的任务，也能验证和修正测量数据。此外，所有与时间有关的参数被存 储在数据库中，可从数据库中提取所需参数用于确定所需参数的短期和长期趋势。 当使用DA时，使用者可以将以前记录的数据与当前记录的数据进行比较，确定是否有异常值和最 整可能会引发的问题。更先进的系统可以分析趋势，并可以预测参数何时达到既定的范围限制，也可以 向操作员发出适当的警报。 TMS执行任务时会提示可能异常的值，这些值会对系统进行干扰，从而对机组造成损坏。最重要 的是，TMS可能包含丰富的燃气轮机机组运行规则和经验，会根据规则和经验推荐预防故障发生的措 施输出。 最后，一个先进的MS类似于一个DS，它可以提示发生风险及预防故障的后果，以及为改变不利的 情况需要采取的动作。在这个开发级别，图B.1中所示的所有功能都可用

5趋势监测系统的详细检查

5.1趋势监测系统的任

5.1.1作为一个准则，现代燃气轮机TMS可以监测以下各项情况

热力数据； 燃烧，包括环境排放； 机械性能，包括燃气轮机的振动。 因此，TMS可以执行确定、提示和预测（以及相关环境因素）所有监测变量的短期和长期趋势的 任务

5.1.2因此.TMS宜包括以下内容

性能监测系统（PMS）； 燃烧监测系统（CMS）； 排放监测系统（EMS）； 机械监测系统和振动监测系统（MMS和VMS）。 5.1.3TMS的任务还包括趋势评估、为机组或部件的未来诊断提供数据（见附录B），给出下步动作建 议，以及在危急情况下直接触发该动作建议。 这要求操作员具备以下能力： 随时了解机组状态； 对当前状态迅速做出必要的响应。

在需要时能够执行以下操作：

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燃烧室检查； 热通道部件的检查； 大修检查。

5.2.1PMS主要监视以下内容

大气压力； 进气（空气）温度； 空气湿度。 5.2.3还应记录以下运行状态： 一负载和功率因数； 压气机进气过滤的压损； 一压气机人口温度； 出口处的压力损失（可能是下游设备部件引起的背压损失）。 5.2.4PMS的一个主要目标是建立综合效率以及相关的不确定度。随着时间的推移，这些值的变化可 有助于做出有关操作响应决策，比如压气机清洗或维护，以及可以生成与商业成本相关的数据（例如单 位燃料成本）。 通过这种方式，燃气轮机可以维持在最佳运行状态，可将燃料消耗率降至最低。 表1列出的直接和间接典型变量能分析燃气轮机趋热，从这此变量中能监测机组性能

5.2.3还应记录以下运行状态

表1趋势监测参数性能监测

5.3燃烧监测系统和排放监测系统

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燃烧监测系统和排放监测系统的任务是监测以下内容： 燃烧过程的状态（见表2）； 排放（包括污染物）（见表3）

5.3.2燃烧监测系统

因为目前无法直接监测燃烧本身过程，燃烧监测系统（CMS)需要监测表征燃烧过程的变量。 这些变量包括： 排气温度： 燃气透平或燃气发生器下游的瞬时排气温度分布； 燃烧系统中的压力波动； 金属温度。 各通道燃料（主燃料、次燃料、值班燃料和预混燃料）的混合条件也非常重要。

表2趋势监测参数——燃烧监测

5.3.3排放监测系统

排放监测系统（EMS)持续监测排气中的污染物含量，即： 氮氧化物（NO，）排放； 氧化碳（CO）排放； 总有机化合物； 含氧量（通常通过氧气浓度测量获得含氧量，以将污染物浓度实测值折算到特定的基准条件）； 颗粒物或灰尘（液体燃料）。 注：部分或全部污染物的限值取决于当地排放要求。 在湿度降低的情况下，EMS还能确定喷注系统（水或蒸汽）的状态。 通过监测这些排放量，可以有效地监测排放系统，同时文可以促进运行和维护的管理，以尽量降低 燃气轮机排放对环境的影响

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表3趋势监测参数排放监测

5.4机械监测系统和振动监测系统

在允许情况下，机械参数的监测宜包括联轴器、齿轮和辅助系统（见表4）。 MMS和VMS根据燃气轮机设备的不同机械参数对其进行机械状态监测（见表5）。 使用燃气轮机振动监测可以很大程度上减少（但绝不是完全）机组设备故障和损坏情况的发生，能 够根据系统的实际情况进行维护工作（状态检修）

表4趋势监测参数一 三机械监测和振动监测

简单循环燃气轮机的典型数据列表见表5。表中参数的具体范围和约定的配套系统应由供应商和 客户协商确定。 一些重要的参数没有被直接记录，这部分参数能够从其他参数计算得到，例如通过能量平衡计算空 气流量，利用燃料消耗量和功率计算热效率等。 表5的参数以功能组的方式列出来，其定义符合ISO2314。传感器的安装位置取决于验收试验 程序。

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表5基于类型、运行状态和供货范围的可能测量参数汇总表

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5.6.1测量参数的修正

5.6.2测量参数的验证

在燃气轮机性能数据采集过程中，有时会出现测量不准确、传感器的故障以及数据在上、下容差区 间积累的问题。如果这些不准确的测量值没有从采集数据中识别和消除，则采集的燃气轮机运行参数 趋势是不准确的，甚至会得出错误的结论。在现代TMS中，通过数据验证可以避免这种情况。 在某些情况下，可以同时使用以下不同的方法进行数据验证： 直接数值数据验证； 物理数据验证； 表决系统选择信号验证； 统计剔除法； 一合理性检查。 直接数值数据验证可识别并消除超出容差范围的测量数据，通过对记录的数据点集进行多项式拟 合来平滑趋势

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物理数据验证是通过对过程子集的计算来验证测量的热力数据。为此，过程子集被细分为一系列 封闭平衡的区域。通过对数据进行最小二乘拟合，求解一组质量和能量平衡方程。通过该方法，可以对 测量数据进行修正，从趋势中去除异常值。数据验证后，可以确定效率、有效性等特征参数。 当使用表决系统选择时，通常使用3个系统中的2个测量信号进行验证。 如果特定系统已经有大量数据可用，仅在被测量参数纳入统计趋势后，能够通过统计消除方法排除 不正确的值。因此，只有在积累了一定数量的数据之后，才宜对数据集使用统计消除方法。 最后，可以进行合理性检查，但与诊断系统一样，这些检查要求持续对系统的数据库进行更新。 迭代方法通常用于数据验证。测量数据使用趋势进行关联，并消除给定容差之外的值。然后用新 的数据集重新计算趋势。

附录C给出了一个现代趋势监测系统的原理图。该图整合了上述TMS的三个主要组成部分：性 能监测、燃烧监测和排放监测，以及机械监测和振动监测系统。 该原理图还包括了对存储测量数据的数据库访问，也可以使用以前采集的数据进行性能分析。数 据能够用于统计和趋势分析以及支持干预决策；宜储存原始运行数据，以便客观记录操作过程；应制订 调访问数据的规则。 在这些数据的基础上能够推导出燃气轮机的污垢系数（污染物）和老化系数，从而能够预测机组在 不同工况下的老化性能。 除了监视趋势外，数据库还能执行其他任务。例如，存储同一系列其他机组的运行数据，并计算出 所需参数的平均值。这些来自多台机组的计算数据也用于补充或修正业主甚至制造商的资料。另一方 面，也能通过收集、存储数据，用于预测不同条件下的机组状态（例如，新建燃机电厂的状态、运行中的燃 机电厂的状态、大修更换主要部件前后的状态等）

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趋势监测系统的现状及发展趋势

A.2性能监测系统的现状和发展趋势

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A.3.1燃烧监测系统

在大多数情况下，燃烧监测系统只监测对间接控制燃烧有重要意义的参数。除了燃气轮机的排 温度或透平出口的分散度外，还包括分布在排气道控制横截面上的排气温度分散度。 需要监测燃烧系统的压力振荡，尤其是DLN机型。在一定的工作条件下.相关系统可能会出现过 天的压力振荡情况。在特殊的频率下，振荡会引发共振，从而引起高机负荷，并最终导致机械损害。 监测燃烧压力振荡的振幅和频率有助于避免发生损坏，从而确保机组的安全有效运行。 利用当今最先进的技术也可以直接监测燃烧，但通常不使用这种方法，因为在燃气轮机高温区域传 感器无法长期持续工作，由高温引起的传感器敌障很容易对整机的运行产生负面影响。因此，这种直接 监测燃烧的方式仅在测试运行或机组调试中使用 现在的燃烧监测系统能够识别与排气温度分散有密切关系的燃烧器。燃烧器与热电偶的关系由制 造商提供。当某个燃烧室或燃烧器 然烧 一个明确的信号

A.3.2排放监测系统

目前，对排放物的监测仅限于NO，和CO，以及排气中的氧含量，以便将采集到的排放物参数修正 内所需的ISO标准条件（干燥条件下为15%O2）。通常是在干燥条件下，通过冷却探头和分离冷凝水 来测量排放量（见GB/T18345.1）。未燃烧的碳氢化合物含量通常不在监测范围，因为这些值一般很低 可以忽略不计）。 与性能监测系统（PMS）一样，在大多数常规系统中排放监测仅限于满负荷工况。对于干式NO 还原系统，在部分负荷下也会出现排放峰值。在这种情况下，对部分负荷下的排放监测具有重要意义。 现在的排放监测系统已经确定了排放目标值。到目前为止，虽然有可靠的半经验规程可执行，然而 排放监测系统都依赖于以下条件： 经验数据； 根据系统研发过程中的测量数据存储的曲线； 燃料分配控制元件位置

A.4机械和振动监测系统的现状和发展趋势

A.4.2机械监测系统

机械监测系统能应用于下列方面： 所有转子系统的转速测量和记录：每个转子配两个转速传感器。 滑动轴承座轴向位置的测量和记录：每根轴的安装探头，监测轴的轴向位置。 转子系统轴向（推力）和径向轴承温度的测量和记录。

机械监测系统能应用于下列方面： 所有转子系统的转速测量和记录：每个转子配两个转速传感器。 滑动轴承座轴向位置的测量和记录：每根轴的安装探头，监测轴的轴向位置， 转子系统轴向（推力）和径向轴承温度的测量和记录，

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滑动轴承：通过测温元件直接测量轴承垫温度（轴瓦温度）。 减摩轴承：测量和记录每个轴承和每个储油槽的供油和回油之间温差，一个测点在供油侧，另 一个测点在回油侧。 润滑油系统。 油压的测量和记录：压力测量点在油系统中。 测量和记录过滤器和冷却器的压差：压差测点在过滤器元件上和冷却器上。 耐磨轴承金属颗粒监测仪：监测金属磨损，以确定局部元件在油路中的磨损情况。在航改机 中，金属颗粒探测器按一定规则布置在回油口（每个油箱）。 油品性能试验分析2。 润滑油老化的理化分析：通过监测热机械负载下的热阻和腐蚀性。 磨损分析或油纯度：分析润滑油的磨蚀原因，确定机器部件的磨损位置，避免油路中溶解的固 体影响润滑油纯度。 测量和记录燃烧室的振动或脉动（带有干式低NO，燃烧室系统或DLN/DIE燃烧室的燃气 轮机的鸣声）：采用压电式压力传感器记录燃烧室动态压力，以评估燃烧过程的稳定性，同时 避免燃烧室部件出现不可接受的应力。 控制系统（如可变导叶、排气阀等）定位的测量和记录：采用传感器【如线性位移传感器 （LVDTs）或旋转位移传感器（RVDTs）测量压气机、透平上的可变导叶位置，通过设计值与 实际值的差值，去确定运动迟缓、堵塞情况。 扭矩和功率的测量和记录：在燃气轮机和驱动机械之间安装扭矩测量联轴器（仅适用于驱动压 缩机和泵时）

A.4.3振动监测系统

转子、轴承和缸体的任何机械变化都可能影响透平机械的振动响应。通常，这种振动特性的变化作 内被调整监测参数的函数，不能直接从标准振动监测仪测到。因此，需要使用基于快速傅里叶变换 FFT)的分析仪、滤波系统、相角监测器等更详细的振动分析系统。 通常分析时需要考虑其他运行参数， 运行或环境参数（如速度、功率、温度等）的变化会引起测量振动值的变化。只有在其他运行条件相 同的情况下，才能对测量值进行直接比较。因此，可以在测量叶片、缸体和轴振动时，在实测振幅或频谱 与速度、载荷或其他边缘条件（即放气阀和/或导叶的位置、油和/或轴承温度）之间建立关系。参考数据 应在任何机械改造之后（如维修）重新确认。 在相同条件下检测燃气轮机设备上的所有潜在故障是不可能的。 安装振动传感器和监视器，以及使用所涉及的分析过程，应符合GB/T19873.1

2）需要实验室等级的分析设备

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诊断系统不是本文件所考虑的主要内容，但它被认为是趋势监测系统发展的未来方向。本附录旨 在提供有关诊断系统的一些有用的通用资料。 DS(见图B.1)可以获取TMS生成的信息，并利用这些信息得到系统的整体状态，例如某些子系统 的维护范围与周期，DS发布风险可以提示机组即将发生的某扰动以及可能会导致机组不稳定的原因。

图B.1诊断系统(DS)

实现这些功能的先决条件是建立一个数据库，数据库允许量化因果关系（例如温度、力、腐蚀、疲劳、 磨损等结果的影响关系）。 这些因果关系模型（CEMs)代表了监测系统的一个基本特征，能够作为一个基于知识库的系统发 挥诊断作用（图B.1）。 由于CEMs具有很强的经验性，所以它们不适应不断变化的状态（例如新的系统扩展、现场条件的 变化和运行条件的改变）。 因此，有必要开发基于理论的CEMs，使其能够就因果关系作出更广泛适用的陈述， 例如，执行良好的暴露于热气体的组件老化CEM应用见表B.1

实现这些功能的先决条件是建立一个数据库，数据库允许量化因果关系（例如温度、力、腐蚀、疲劳、 磨损等结果的影响关系）。 这些因果关系模型(CEMs)代表了监测系统的一个基本特征，能够作为一个基于知识库的系统发 挥诊断作用（图B.1）。 由于CEMs具有很强的经验性，所以它们不适应不断变化的状态（例如新的系统扩展、现场条件的 变化和运行条件的改变）。 因此，有必要开发基于理论的CEMs，使其能够就因果关系作出更广泛适用的陈述， 例如，执行良好的暴露于热气体的组件老化CEM应用见表B.1

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执行良好的暴露于热气体的组件老化CEM应

诊断系统对燃气轮机的主要应用如下： 制定维修周期； 优化维修投资： 预防故障； 评估机组在逐步老化或预期老化情况下的风险； 定位已识别的故障。

诊断系统对燃气轮机的主要应用如下： 制定维修周期； 优化维修投资： 预防故障； 评估机组在逐步老化或预期老化情况下的风险 定位已识别的故障

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C.1趋势监测系统流程

趋势监测系统流程见图C.1。

附录C （资料性） 趋势监测系统流程图

图C.1趋势监测系统（TMS）

见C.2.1。 *见C.2.5。 i见C.2.9。 m见C.2.13。 见C.2.2。 ↑见C.2.6。 i见C.2.10。 见C.2.14。 见C.2.3。 见C.2.7。 k见C.2.11。 。见C.2.15。 d见C.2.4。 h见C.2.8。 I见C.2.12。 P见C.2.16。

C.2趋势监测系统流程图说明

C.2.1测量(图C.1.第1项）

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燃气轮机内部及周围物理量数据的采集是实现燃气轮机状态监测和重要运行参数值时变分布检 追势监测系统的第一步。通常测量数据是自动获取的，但是部分数据（例如考虑风向、污垢、腐蚀、 部件等的可视化控制)也可由操作员手动输人。在某些情况下，数据处理可以升级到图像处理级别 2边界条件(图 C.1.第 1.1 项）

C.2.2边界条件（图C.1.第1.1项

开式循环燃气轮机设备是一种吸气式推进系统。因此，周围大气的温度、压力和湿度通过对空气密 变的影响，将影响图表中机组的运行效率和范围。根据燃气轮机的现场运行，可能需要采集额外的物理 量来监测设备的状态，这些数值却不能直接在燃气轮机机组中测量得到。例如，在发电装置中，功率输 出可以在发电机上获取，转子转速可以通过燃气轮机轴系采集。当燃气轮机驱动压缩机或泵时，通过压 力测量可以得到拖动负载的功率输出信息

C.2.3运行的热力学状态（图C.1.第1.2项）

除了大气和负荷的边界条件外，燃气轮机设备运行时的热力学状态会影响机组参数的输出。例如， 高温燃气温度影响发动机部件和热通道的寿命，透平进口温度是由燃气排气温度、压力、压气机出口温 度、燃料质量流量以及它的温度决定的。功率输出是由透平膨胀比、质量流量消耗和效率的热动力学因 素决定的

C.2.4污染（图C.1.第1.3项）

通过控制和反馈系统，可以将燃气轮机的污染作为排气量的函数，从而实现排放污染最小化。 兑，可以通过在燃烧器区域向燃烧空气中喷注足够数量的燃料来实现（通过关闭燃烧器、改变燃料 整压气机导流叶片等来控制）。注水和排气净化可以作为减少污染的额外方法

C.2.5发动机零件（图C.1.第1.4项）

除了燃气轮机内部流体的热力学状态外，还需要检查一些其他的量，以保证机组的可靠性。其中包 活轴承的润滑极限值（油的温度和压力、轴向推力）、轴承振动、冷却空气温度、防止泄漏的密封压力、结 构部件的应力和温度

C.2.6数据简化前的存储（图C.1.第2项

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.2.7标准参考条件下的数据简化(图 C.1.第3I

C.2.8标准参考条件下的数据存储（图C.1.第4项

电缆标准规范范本C.2.9真实值和目标值之间的比较（图C.1.第5

机组运行时进行的数据测量可以反映设备的实际情况。将采集到的数据修正到标准条件可以确 页期目标值的误差。例如：压气机污垢导致功率损失，涡轮结垢导致压力上升，过滤器堵塞导致的 压力下降等。这些不仅为趋势监测提供了基础，还为今后的设备维护需求提供支持

C.2.10趋势制定（图C.1.第6项）

可以将获得的数损 角定环境温度、功率等其他工程 随时间、运转小时数的梯度 可内功率损失）

C.2.11诊断（图 C.1.第7项

C.2.12数据输出显示（图 C.1.第8项）

C.2. 12. 1监视

在机组运行中，能够按要求将需要的数字量参数或模拟量数值通过屏幕上的图表，或将绘制的图表 打印纸张形式进行显示和监视。在这种情况下，与机组安全运行至关重要的数据应以连续或间歇的方 式自动出现，以便让操作人员了解机组运行情况，并根据具体情况作出不同的操作。光学报警是必备 的，宜为声光同时报警

照明设计标准C.2.12.2结果显示