大型火電廠設(shè)備故障診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

王永 張麗君

【摘 要】隨著我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步與發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的腳步也在不斷發(fā)展，特別是人民對(duì)電能的需求量也越來(lái)越大，要求的質(zhì)量也越來(lái)越高。但是在大型火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)備故障問(wèn)題造成發(fā)電量的大幅下降，從而影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，本文首先簡(jiǎn)單的分析一下火電廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，隨后從多個(gè)方面分析一下火電廠主要設(shè)備的典型故障和診斷方法。以此僅供相關(guān)人士進(jìn)行交流與參考。

【關(guān)鍵詞】大型火電廠；設(shè)備故障；診斷現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

引言

火力發(fā)電廠是促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要力量，因此要不斷提高發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，才能夠進(jìn)一步的促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著我國(guó)火力發(fā)電廠數(shù)量的不斷增加，這些發(fā)電廠需要引進(jìn)更多的發(fā)電設(shè)備，從而提高發(fā)電產(chǎn)量。但是在設(shè)備的使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)后果。因此需要先進(jìn)的設(shè)備診斷儀器來(lái)正確判斷出設(shè)備故障，并找出原因和解決方法。本文首先簡(jiǎn)述一下火電廠設(shè)備故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)，之后多角度分析火電廠主要設(shè)備的典型故障和診斷方法。

一、火電廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于目前火電廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展而言，主要包括基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)、構(gòu)造大型監(jiān)測(cè)診斷中心、分層分布式結(jié)構(gòu)的故障診斷系統(tǒng)、集成式故障診斷系統(tǒng)以及自主閉環(huán)診斷系統(tǒng)這五種。首先對(duì)于基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)而言，因?yàn)樯鐣?huì)科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的大量普及，基于Internet的遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)也隨處可見(jiàn)。它能夠?qū)⒐收显\斷系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，不僅可以共享診斷資源，而且可以獲取大量的故障案例和診斷經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)異地專家咨詢，提高故障診斷水平[1]。對(duì)于構(gòu)造大型監(jiān)測(cè)診斷中心，基本上是每一個(gè)大型火電廠必須建設(shè)的。建設(shè)大型監(jiān)測(cè)診斷中心不僅能夠調(diào)度機(jī)組之間的負(fù)荷，還可以保存機(jī)組的健康狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)，并促進(jìn)機(jī)組之間進(jìn)行知識(shí)共享。

分層分布式結(jié)構(gòu)的故障診斷系統(tǒng)大多是應(yīng)用在火電廠機(jī)組的子系統(tǒng)中。這些多層次、多結(jié)構(gòu)的診斷系統(tǒng)主要分為全局診斷系統(tǒng)和子診斷系統(tǒng)。全局診斷系統(tǒng)主要將故障問(wèn)題進(jìn)行診斷，然后分解成子任務(wù)將其分配給各個(gè)子系統(tǒng)，從而快速診斷并給出解決方案。這種全局診斷系統(tǒng)和子系統(tǒng)相互耦合工作不僅能夠加快診斷的速度，而且系統(tǒng)還很可靠。第四點(diǎn)，對(duì)于集成式故障診斷系統(tǒng)而言，在未來(lái)有更好的發(fā)展前景。由于目前診斷系統(tǒng)的推理方法單一，對(duì)解決復(fù)雜系統(tǒng)的診斷問(wèn)題具有局限性[2]。因此，火電機(jī)組的故障診斷系統(tǒng)在未來(lái)將根據(jù)不同子系統(tǒng)的特點(diǎn)采用不同的診斷模型，甚至采用幾種不同的混合診斷模型。各種診斷模型的優(yōu)勢(shì)將得到充分發(fā)揮，從而提高診斷的準(zhǔn)確度和速度。最后一點(diǎn)，自主閉環(huán)診斷系統(tǒng)，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在工作人員不參與的情況下進(jìn)行持續(xù)的故障診斷，并對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行控制。但是自主閉環(huán)診斷系統(tǒng)要求的科學(xué)技術(shù)比較高，診斷系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)也必須全面。

二、火電廠主要設(shè)備的典型故障和診斷方法

火電廠中主要的設(shè)備包括汽輪機(jī)組、鍋爐這兩部分，接下來(lái)詳細(xì)分析一下這兩個(gè)設(shè)備的主要故障（見(jiàn)圖一），并給出相關(guān)的診斷措施（見(jiàn)圖二）。

（一）汽輪機(jī)組的主要故障

1）汽輪機(jī)常見(jiàn)的故障就是機(jī)組葉片脫落、蒸汽激振以及轉(zhuǎn)子碰撞。對(duì)于機(jī)組葉片脫落而言，主要是因?yàn)檎羝麉?shù)的波動(dòng)太大，設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠或者是機(jī)組在小于額定轉(zhuǎn)速的某個(gè)定值停止時(shí)間太長(zhǎng)。蒸汽激振主要的原因有：高壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速較低，高壓轉(zhuǎn)子的撓度變化很大，以及軸承標(biāo)高變化極大，延長(zhǎng)軸的加工和安裝質(zhì)量不好，耦合中心的徑向或軸向誤差太大等等[3]。轉(zhuǎn)子碰撞最主要的原因就是汽封間隙的設(shè)計(jì)和調(diào)整不當(dāng)，同時(shí)機(jī)組振動(dòng)太大、軸向位移增加也會(huì)造成轉(zhuǎn)子摩擦。

2）發(fā)電機(jī)的主要故障包括油膜震蕩、定子線圈絕緣故障。造成油膜震蕩的主要原因有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速過(guò)低；三軸楔體穩(wěn)定性差；當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，不穩(wěn)定速度太低。定子線圈絕緣故障主要是由于絕緣失效而引起的磨損、老化、污染和腐蝕，引起局部放電和溫升，以及絕緣層由于粘結(jié)松散、冷卻水泄漏、疲勞磨損等原因造成的損壞，導(dǎo)致線材位移和匝間短路。

3）診斷方法

振動(dòng)法是汽輪機(jī)組故障診斷中最常用、最成熟的方法。熱力分析法是汽輪機(jī)組性能故障診斷的重要手段，同時(shí)還有聲發(fā)射方法、油液分析、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。其中聲發(fā)射法主要用于故障檢測(cè)、泄漏檢測(cè)等。就目前而言，世界范圍內(nèi)的汽輪機(jī)組故障診斷的方法大約有幾十種。對(duì)于我國(guó)國(guó)內(nèi)而言，主要是上海大學(xué)開(kāi)發(fā)的熱參數(shù)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)TPD，這個(gè)診斷系統(tǒng)能夠大幅度提高機(jī)組的運(yùn)行效率和運(yùn)行壽命。

（二）鍋爐的主要故障和診斷方法

1）鍋爐的主要故障包括省煤器泄漏、水冷壁泄漏。首先對(duì)于省煤器泄露而言，鍋爐低溫受熱面就是省煤器，容易出現(xiàn)飛灰磨損、管內(nèi)腐蝕的問(wèn)題，再加上煙道在尾部的溫度比較低，灰粒較硬就會(huì)造成嚴(yán)重的磨損，從而造成省煤器泄露。對(duì)于水冷壁泄露而言，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的特殊性，在機(jī)器運(yùn)行當(dāng)中容易出現(xiàn)高溫腐蝕以及機(jī)械損傷、拉裂等問(wèn)題，同時(shí)由于水冷壁管熱負(fù)荷太過(guò)于集中，就會(huì)產(chǎn)生鼓包變形的問(wèn)題，從而造成水冷壁泄露。

2）診斷方法

鍋爐故障診斷方法主要包括數(shù)學(xué)診斷方法和物理診斷方法。數(shù)學(xué)診斷方法包括模糊診斷法和故障樹(shù)診斷法，使用的診斷系統(tǒng)主要是華中科技大學(xué)研究的循環(huán)流化床鍋爐在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)診斷系統(tǒng)和清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的大型電站鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[4]。物理診斷方法主要是紅外測(cè)溫技術(shù)和超聲波診斷法。對(duì)于紅外測(cè)溫技術(shù)而言，通過(guò)辨別與控制鍋爐火焰和燃燒狀態(tài)、熱力設(shè)備疲勞損傷情況來(lái)進(jìn)行診斷。超聲波診斷法通過(guò)監(jiān)視爐膛上部區(qū)域的煙氣溫度以及各個(gè)燃燒器區(qū)域附近的煙氣溫度，從而識(shí)別是否發(fā)生燃燒器故障。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，大型火電廠設(shè)備發(fā)生故障會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)后果，因此要對(duì)火電廠的主要設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的故障診斷。本文首先簡(jiǎn)單介紹了火電廠設(shè)備故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)，隨后分析了汽輪機(jī)組和鍋爐的常見(jiàn)故障問(wèn)題以及診斷方法，從而促進(jìn)火電廠設(shè)備的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻濤.電廠設(shè)備故障診斷的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017（07）：188+190.

[2]唐文健，安賀順.分析軋鋼設(shè)備故障診斷研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，v.15；No.436（04）：42-43.

[3]彭祖濤，滕彩榮，郭茂成，etal.電氣設(shè)備故障診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展簡(jiǎn)述[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2017.

[4]董桓毓.電機(jī)故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].設(shè)備管理與維修，2018，No.431（17）：57-58.

（作者單位：陜西華富新能源有限公司）