故障診斷技術在電站設備應用中的研究進展

劉 江

(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

0 引 言

我國電力行業以火電為主，每千瓦時平均供電煤耗比發達國家約高50 g標準煤［1－2］。降低能耗，保證火電廠的穩定安全運行，是未來電力工業工作的重點之一。2003年歐洲和北美發生的大規模停電事故說明，停電給國民經濟造成的損失遠遠超過電力系統本身的損失，因此發電設備的安全運行尤為重要。故障診斷的任務是根據設備狀態監測所獲得的信息，結合已知的結構特性、環境條件及該設備的運行歷史，對設備將要可能發生的的故障進行預報和分析，確定故障的類別、原因和部位，指出故障發展的趨勢及后果。其次，提出控制故障繼續發展的措施并加以實施，最終使設備恢復到正常運行狀態的過程。

1 凝汽器故障診斷的研究

凝汽器設備是汽輪發電機組的主要輔助設備［3］，即可提高蒸汽在機組內的有效焓降，又可將汽輪機的排汽凝結成水。因此凝汽器在火力發電廠中占有很重要的地位，但是凝汽器經常會在故障狀態下運行，這會對機組的安全帶來隱患。

1.1 凝汽器故障的類型

常見故障類型可分為5類［4］。

(1)凝汽器冷卻管臟污。凝汽器冷卻管臟污會使凝汽器傳熱發生惡化的趨勢，如傳熱端差增加、汽輪機排汽壓力升高等，影響機組的安全運行。

(2)凝汽器滿水。凝汽器滿水會導致凝結水過冷度增加，降低機組運行的經濟性。當凝汽器滿水時，凝汽器處在高水位下運行，凝結水會將凝汽器下部的一部分冷卻管淹沒，造成冷卻面積的減小。

(3)凝汽器冷卻管的堵塞。當尺寸較大的顆粒不能被濾水網清除，進入凝汽器內時，管側的機械臟污可能會造成凝汽器的銅管堵塞，會導致凝汽器不能正常運行。

(4)真空系統不嚴密。凝汽器真空系統是指凝汽設備與系統中所有處于低于大氣壓力運行的設備。凝汽器運行中，如果真空系統不嚴密，可能導致空氣漏入系統。如果真空系統不嚴密，凝汽器內將存在蒸汽和空氣的混合氣體，影響系統的正常運行。

(5)凝結水泵故障。凝結水泵的任務是將凝汽器熱井中的凝結水抽出，使凝結水流經軸封加熱器和低壓加熱器，進入除氧器。凝結水泵的工作是在高度真空的條件下輸送接近凝汽器壓力下的飽和溫度水，因此泵軸兩端的填料要有很好的嚴密性，防止空氣漏入凝汽器內。

1.2 凝汽器故障診斷方法的研究

在實際生產過程中，故障的判斷源于設備所出現的現象。表1具體列舉出電站凝汽器故障診斷方法。

表1 凝汽器故障的診斷方法

2 磨煤機故障診斷的研究

2.1 磨煤機故障的類型

常見故障類型可分為4類［5］。

(1)一次風管堵塞。造成一次風管堵塞的基本原因是煤粉管內一次風速太低。在制粉系統中，如果磨煤機風速過小、燃燒器噴口處結焦都將使一次風速減小，會引發一次風管堵塞故障，造成火力發電廠不能正常運行。

(2)磨煤機堵煤。運行中的磨煤機產生堵塞時，磨煤機出口溫度下降以及一次風量下降，磨煤機出口風壓下降，進、出口壓差增加，造成一層煤粉燃燒器燃燒不穩定，嚴重時會出現層熄火保護動作造成磨煤機跳閘。

(3)磨制能力下降。具體的表現有碾磨力下降、煤粉變粗、出力降低。造成磨煤機的磨制能力下降的主要原因有碾磨部件磨損過度，磨輥與磨碗間隙太大等。

(4)磨內部著火。主要表現有磨出口溫度異常升高，所排煤矸石有自燃現象，磨煤機筒體溫度異常升高且伴有燒焦糊味。

2.2 磨煤機故障診斷方法的研究

在實際磨煤機生產過程中，故障的判斷也是源于磨煤機所出現的現象。表2具體列出電站磨煤機典型故障的診斷方法。

表2 電站磨煤機故障診斷的方法

3 汽輪發電機組故障診斷的研究

3.1 汽輪發電機組振動故障的類型

在現場設備管理工作中，汽輪發電機組故障則經常是指機組振動過大，零部件過早過量磨損等情況。根據機組的狀態行為綜合其故障特征，對故障進行定性，總結出汽輪發電機組振動故障的常見類型如下:

(1)轉子質量不平衡。轉子質量不平衡是汽輪發電機組最常見的振動故障，它約占了故障總數的80%。

(2)動靜摩擦。汽輪發電機組轉動部件與靜止部件的碰摩是運行中常見故障。

(3)亞異步振動。亞異步振動即轉子振動頻率低于轉速頻率的振動，這種振動可以分為強迫振動和自激振動兩類。

(4)轉子不對中。主要是指用聯軸器連結起來的兩根軸的中心線存在的偏差。

3.2 汽輪發電機組故障診斷方法的研究

汽輪機組是大型旋轉機械，振動是其重要的特征信號。因此，振動診斷法是汽輪機組的常用診斷方法。表3列出了常用振動故障診斷方法，進而對其產生原因進行判斷。

表3 電站汽輪機組振動故障診斷的方法

4 總結

文中對電站主要設備如凝汽器、磨煤機、汽輪發電機組等的故障類型和故障診斷進行了分析和匯總，分析過程中闡述了各機器設備的故障類型、產生原因以及故障診斷方法的研究。如果電站的機器設備出現故障，則設備預期的功能就會降低或者失去，導致經濟性下降，甚至造成災難性的事故。一旦機器出現故障停機，除了對電廠本身造成巨大的經濟損失以外，對整個電網也會產生很大的沖擊，引起重大的經濟損失和社會后果，所以積極的開展電站各設備的故障分析是十分必要的，能很好的預防電站事故的發生，為設備的安全可靠的運行提供了有效的措施。目前，雖然電站各設備的故障診斷研究取得了一定的成果，但是系統的完善是一個長期的過程，還有許多問題需要進一步的總結和論證。

［1］吳金卓，馬 琳，林文樹.生物質發電技術和經濟性研究綜述［J］.森林工程，2012(5):102－106.

［2］國家電力監管委員會.電力監管年度報告(2011)［R］.2011.

［3］高永昌，丁勇軍，張 鵬.基于規則推理的地空導彈智能故障診斷研究［J］.裝備制造技術，2007，(3):12－14.

［4］任樂嗚，李文清.機組狀態監測與故障診斷系統在緊水灘水電廠的應用［J］.水電能源科學，2006，24(2):94－95.

［5］揚海斌.某電廠360MW汽輪機組不平衡振動分析［J］.應用能源技術，2008，127(7):47－49.