一種電廠磨煤機故障診斷系統的設計

楊 棟，王傳剛

（華電萊州發電有限公司，山東煙臺 261441）

0 引言

我國正處于經濟快速發展的階段，對于電力的需求量不斷增加。為確保我國電力工業的良性發展，有效彌補電力缺口，需要增加發電裝機容量以及利用綠色發電技術。設備運行狀態不僅影響著電力企業的經濟效益，有時甚至還會造成安全事故。火力發電在我國電力供應組成中，仍然占有非正常大的比重，磨煤機是火力發電中煤粉爐的輔助設備，主要是將煤塊粉碎，為鍋爐持續輸送燃料，提高燃料的燃燒效率，在火力發電機組中有著重要作用。電力設備運行的穩定性對整個電網系統的安全性有直接影響，任何一個設備出現故障都有可能造成機組癱瘓，導致巨大的經濟損失和嚴重的社會后果。因此，深化電廠設備的維護管理工作有著重要意義。

1 磨煤機工作原理和常見故障

1.1 工作原理

磨煤機的動力系統由電機、磨輥裝置、轉動軸和傳送帶組成。磨輥裝置是磨煤機的核心部件，在電機的驅動下，磨輥和磨盤相互作用，將原煤碾壓磨碎成粉末狀。潤滑油站過濾、冷卻減速機內的齒輪油，確保減速機內部零件保持潤滑狀態，高壓油泵站則通過加載油缸完成磨煤機的升降等操作。

磨煤機主要工作原理：原煤從落煤管進入磨煤機內，軸承帶動磨盤轉動，原煤在磨輥和磨盤之間碾壓粉碎；通風管將磨好的煤粉帶入爐膛內，剩余較大的煤塊則需要繼續進行研磨；原煤中含有的一些石子、異物等會被刮板刮至排渣箱。

1.2 常見故障

磨煤機需要對原煤進行碾壓研磨，受到煤質、雜物等影響，在長期極端工況下齒輪組容易出現齒輪磨損等故障，工作噪聲大，直接影響鍋爐燃燒的穩定性。通?；鹆Πl電本身具有較多噪聲，磨煤機故障聲音往往會被其他噪聲淹沒、難以被發現，因此磨煤機故障診斷成為電廠設備維護工作的重點和難點。磨煤機的常見故障有堵煤、少煤或斷煤、磨煤機異常振動、磨自燃、加載拉桿斷裂等。

磨輥和磨盤損壞嚴重，異物導致磨輥卡澀，就會造成磨煤機堵煤。當磨煤機出現堵煤故障時，磨煤機出料口風壓、風量、磨煤機給煤量、磨出口溫度、磨煤機電流、加載電壓等參數均有較大幅度下降。堵煤會造成煤粉爐燃燒不穩定，缺料和少料情況嚴重時會出現熄火保護，導致磨煤機跳閘；落煤管以及給煤機出口堵塞，會造成少煤或斷煤故障。發生該故障時，給煤量嚴重不足，磨輥和磨盤之間由于缺少研磨料，發生金屬研磨的聲音并伴有異常的機械振動；磨煤機地腳螺栓松動、電機故障、異物卡澀、潤滑液不合格、原煤異常、磨輥裝置損壞等也會引發磨煤機異常振動。該故障會導致：電機電流波動較大、設備出現大幅度振動；磨煤機磨出口溫度較高，入料口冷熱風配比不當，研磨后沒有及時清理殘渣，導致積粉自燃，嚴重時排渣箱會出現火星，磨煤機筒內溫度升高出現焦糊味；加載壓力異常、焊接工藝不當等會導致拉桿焊接縫斷裂，影響磨煤機正常工作。

2 磨煤機故障診斷系統的設計

磨煤機故障診斷系統通過安裝在磨煤機上的傳感器來監測設備運行過程中的參數信息，了解設備當前的運行狀況，通過這些參數信息可以分析出設備運行狀態的歷史變化曲線和趨勢。如果磨煤機狀態參數出現異常，可以制定相應的維護策略和檢修方法，避免盲目維修和維修不及時導致設備狀況進一步惡化（圖1）。

圖1 電廠磨煤機故障診斷系統架構

該系統會對磨煤機常見故障進行測試并記錄測試結果，通過對比磨煤機故障前、后運行參數的變化，分析設備出現故障的主要癥狀和狀態參數，將其作為判斷故障的主要依據。下面詳細分析電廠磨煤機故障診斷系統的設計。

2.1 系統結構功能設計

磨煤機故障診斷系統主要由監測模塊、參數配置模塊、狀態分析模塊和故障診斷模塊4 個部分組成。其中，檢測模塊的主要作用是采集磨煤機運行狀態參數并將其存儲到數據庫，用戶可以通過人機交互界面實時查詢磨煤機的狀態參數、歷史數據等信息；故障診斷模塊主要負責對磨煤機的狀態參數進行預測、評價和診斷，并結合數據庫歷史數據信息，通過特定的規則進行匹配，實現故障診斷和定位。用戶也可以通過人機交互界面查詢故障信息，便于采取有效的維護措施。

2.2 建立數據庫

磨煤機故障診斷系統采用神經元網絡法進行故障癥狀診斷分析，通過建立磨煤機給煤量、入口風量、磨出口風壓以及進出口差壓原始數據神經網絡模型，以10 h 數據為訓練樣本，隨后每間隔1 h 抽取數據作為檢測樣本，通過預處理導入神經網絡模型進行測試。磨煤機故障診斷系統數據庫包含常見故障的特征參數，設定常見故障的初始值。例如：故障名稱為磨煤機入口堵塞，初始參值設定為“0”，表示入口沒有堵塞；當參數值為“1”時，表示磨煤機入口堵塞，標明該狀態下的入口溫度、蒸汽壓力等特征參數。

2.3 故障策略設計

磨煤機故障診斷系統通過編程完成故障策略設計，實現故障推理和定位。該系統采用正向推理技術，通過人機交互界面輸入事實，然后按照數據庫中的規則對事實進行匹配。規則結論作為新的事實存儲在數據庫中，作為其他規則匹配的前提條件。

電廠磨煤機故障診斷系統可以實現用戶自定義，有效利用數據庫中的歷史數據信息為判斷依據，用戶可以輸入故障類型推理過程中得到的新事實，再將推理過程與數據庫中的規則進行匹配，如果該規則與前提條件相對應則適用，然后繼續與其他規則的前提進行匹配，直到不再有可匹配的規則為止，實現故障定位。

3 磨煤機故障診斷系統的應用

磨煤機故障診斷系統具備離線和在線診斷功能：在線監測功能主要是通過對磨煤機運行狀態進行實時監測，采集有效的數據信息，通過監測、診斷界面為用戶提供設備的狀態參數信息并進一步提供故障診斷和定位功能；離線功能則是針對故障診斷系統，根據用戶需要通過手動輸入現場設備的參數信息，進行非系統自動進行的診斷任務。通過自定義操作，用戶可以根據實際情況預設故障診斷周期。

該系統能夠對設備運行狀態參數進行評價，分析設備異常工況，有效排查故障并進行定位，還可以通過數據庫診斷和分析輸出結果。通過人機交互界面，提供方便快捷的輸入方式，用戶只需要根據屏幕顯示的狀態信息進行選擇。故障診斷界面會顯示診斷和清除按鈕：清除按鈕主要是恢復界面的初始狀態；診斷按鈕可以根據輸入的信息進行故障診斷，經過神經網絡系統分析輸出故障類型，得出故障原因，然后進一步點擊相應的故障按鈕就可以獲得相應的維護措施。例如，出現磨煤機入口溫度高故障時，可以點擊診斷，顯示磨自燃并且顯示磨煤機磨出口溫度存在異常，并根據分析結果判斷為入料口冷熱風配比不當，研磨后沒有及時清理殘渣，導致積粉自燃。盡管該系統的功能日趨完善，但是仍處于開發階段，還有許多地方需要改善，如提升神經網絡預測模型的更新速度、完善和擴充故障診斷策略和知識規則、改進故障診斷和定位方式、實現故障診斷自動學習功能等。

4 總結

通過電廠磨煤機故障診斷系統對設備運行狀態進行有效監控，可以及時發現故障隱患并采取有效的解決措施，提高設備可靠性，增加發電量，延長設備使用壽命，降低維修費用?；谏窠浘W絡的電廠磨煤機故障診斷系統提供了性能計算程序，計算結果可以進一步豐富數據庫的參數值，利用良好的人機交互界面提供全面的運行狀態顯示，提供多種數據查詢功能。此外，該系統還支持與多種設備的通信連接，便于磨煤機故障診斷系統的功能擴展。