故障樹分析法在電廠熱工自動化檢修中的應用

李松濤

摘 要：隨著火力發電機組自動化程度的日益提高，熱工自動化的應用范圍愈來愈廣泛，系統復雜程度也愈來愈高，控制回路和變量越來越多，在實際運行中出現故障的幾率也隨之升高。為此，提出故障樹分析法，將其應用到熱工自動化故障診斷和檢修之中，并通過列舉故障分析法的實際應用案例，闡述了其在熱工自動化檢修中的優越性。

關鍵詞：火電廠 熱工自動化 故障樹分析法 檢修

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0005-02

熱工自動化作為火電廠大型火力發電機組實現安全、經濟運行的重要組成部分，是衡量火電企業現代化水平的重要指標，隨著現代控制技術的快速發展和發電機組容量增大，熱工自動化越來越趨向于大型化和復雜化，系統控制回路和變量越來越多，在實際運行中出現故障的幾率也隨之升高，且故障規律性越來越隱蔽，這些都給熱工自動化的故障診斷、檢修工作帶來了很多困難。目前，用于熱工自動化系統故障診斷的方法和技術很多，大致有故障樹法、專家系統法、神經網絡法等，但沒有一種技術能夠適應所有故障的診斷，而故障樹分析法作為一種基于圖形演繹的故障診斷方法，能夠將系統故障與組成部件直接進行有機聯系，對熱工自動化系統而言，是一種行之有效的故障分析、診斷方法。

1 熱工自動化系統存在的主要故障類型

火電廠熱工自動化系統現場易發故障主要集中在以下幾個方面。

（1）來自于現場信號本身的故障。現場信號是指與電力生產過程密切相關的各類變送器、開關、執行機構以及溫度傳感器等輸出的信號。一旦現場信號自身出現故障，會對DCS系統中的控制功能產生直接影響，同時，會導致監視數據誤差，給操作人員產生誤導作用，甚至引發誤操作。現場信號故障可分為4個方面：①系統運行參數測量元件故障，如：熱電偶斷線、短接、損壞，測量元件質量不合格、安裝不當等。②變送器存在問題，如：變送器電路故障、敏感元件損壞等。③接線故障，如接線端子松動、短接等。④閥門故障，比如：電動門、電磁閥等不能遠程操作或狀態錯誤。

（2）PLC硬件或DCS系統存在的故障，比如：CPU模塊故障、電源模塊故障、I/O模塊故障等。

（3）系統硬件配置有誤或軟件組態存在問題，比如系統軟件編輯、編譯錯誤等。

（4）現場運維人員操作不當引發的故障。

2 故障樹分析法概述

當火電廠熱工自動化系統發生故障時，能否正確分析、診斷故障發生的部位及原因，是能否采取合理有效檢修措施的關鍵，而故障分析和診斷需要在豐富經驗的基礎上，依靠科學的分析方法。故障樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱FT）又叫因果樹分析法，是由美國沃特森提出來，并經過應用發展形成的一種簡單、有效的邏輯分析方法，具體來說就是將不希望發生的故障時間作為分析目標，采用合適的邏輯門將引發故障的原因從總體到局部聯結成樹形圖，從而對其進行邏輯分析的方法。

3 故障樹模型的建立步驟及診斷流程

故障樹分析方法既能分析系統硬件自身的故障影響，又能夠全面地分析環境因素、人為因素及軟件因素等的影響。不但能夠對系統故障產生的原因進行定性分析，從而明確導致系統故障的原因和原因組合，能夠通過對各層事件結構的重要程度分析，通過采用布爾代數運算對故障樹進行簡化，確定最小割集和最小路集，判斷出系統的薄弱環節及所有可能失效模式，還能夠對系統的相關評價指標進行定量計算，并根據已經明確的已知單元的故障分布及發生概率，求得單元概率重要度，結構重要度、關鍵重要度和系統失效概率等定量指標。故障樹分析法中故障樹的建立主要分為以下幾步。

（1）頂事件的確定。對于火電廠熱工自動化系統而言，就是表現出來的不希望發生的故障現象。

（2）分析頂事件，即對系統故障的現象進行分析。通過對熱工自動化系統故障現象進行分析，找到引發系統故障的直接原因，將故障現象當成一個輸出事件，將可能導致系統故障的所有直接原因當作輸入事件，并選取適當的邏輯門表示這些事件之間存在的內在邏輯關系。

（3）中間事件分析。深入分析每一個和系統故障現象（頂事件）存在直接相關的輸入事件（中間事件），如果這些輸出事件還能夠進一步進行分解，那么則需要將其進一步作為下一級的輸出事件，并采用步驟（2）的方法，對其進行分析處理。

（4）使用逆向思維。通過對已知輸出事件的分析，利用邏輯關系找到存在問題（故障或失效）的輸人事件，這樣一棵倒置的故障樹就完成了。

4 應用案例分析

某火電廠300MW供熱機組出現真空惡化故障，經過現場實際檢測發現：循環水溫升在15℃～16℃之間（原設計為6.5℃），傳熱端差δt在14℃～15℃之間（原設計δt為℃）。有檢測數據可知：循環水溫升和傳熱端差δt都高于原設計值，在汽輪機額定運行情況下，凝汽器排汽量Dc正常，經過詳細檢查存在發現循環水量不足問題，比設計值減少8000t/h，進一步檢查發現，循環水排水溝受阻，因而減少了循環水進水量。影響δt因素也很多，經過逐一檢查和分析發現，存在凝汽器銅管結垢超標問題，經測試清潔系數僅為0.39（原設計值為0.85），后對凝汽器銅管進行徹底清掃，同時對高壓頭循環水泵進行更換。經過此次大修處理，再次啟動投運時，凝汽器真空達到了設計要求，真空下降故障得以解決。

5 結語

本文通過對火電廠熱工自動化系統常見故障的總結分析，將故障樹分析法這一理論應用于熱工自動化故障檢測之中，概述了故障樹分析法的基本原理和建立步驟，并通過現場實際案例，詳細地說明了故障樹法在火電廠熱工自動化系統故障檢修中的優越性。從其應用情況來看，在火電廠熱工自動化故障診斷和檢修工作中應用故障樹分析方法，具有一定的科學性、可靠性和準確性，可以實現熱工自動化系統的預測檢修向狀態檢修的過渡，節省大量人力和物力，降低機組停運帶來的經濟損失，從而提高發電機組運行的安全性和經濟性。

參考文獻

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