摘要：介紹了火電廠主要設備的典型故障以及采用的故障診斷方法，闡述了現(xiàn)有的故障診斷系統(tǒng)和火電廠設備故障診斷中存在的問題，并指出了故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，提出了研究方向。

　　大型火電廠主要設備包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機等，完成從熱能到機械能再到電能的轉換過程。設備與設備之間的耦合性、系統(tǒng)的復雜性，以及設備在高溫、高壓、高速旋轉的特殊工作環(huán)境下，決定了火電廠是一個高故障率和故障危害性很大的生產場所，這些故障都將造成重大的經(jīng)濟損失和社會后果。因此，通過先進的技術手段，對設備狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測和分析，來判斷設備是否存在異�；蚬收�、故障的部位和原因、故障的劣化趨勢，以確定合理檢修時機很有必要。

　　一、火電廠主要設備的典型故障及其診斷方法

　　1.鍋爐的主要故障及診斷方法

　�。�1）主要故障

　　①過熱器泄漏。過熱器泄漏爆管區(qū)集中在高溫過熱器下彎頭外圈向火側，主要原因是爐膛高度偏低，使該處出現(xiàn)過熱，此處也有選材裕度不足及焊接質量問題。

　�、谑∶浩餍孤�。主要原因是飛灰磨損造成管壁減薄，特別是在穿墻管、爐墻漏風和彎頭處為常見。

　�、鬯�冷壁泄漏。主要原因是局部過熱和腐蝕，局部過熱是水循環(huán)破壞和管內結垢造成，而火焰偏斜或燃燒區(qū)煙溫過高則使水冷壁高溫腐蝕。

　�、艹龎m器故障。主要原因有煙氣流速太快，灰粒的粒度較大，含塵濃度大，排煙溫度低于露點溫度等。

　�。�2）診斷方法

　　在鍋爐故障診斷中，物理診斷方法有：紅外測溫技術，具體應用范圍有鍋爐火焰和燃燒狀態(tài)進行辨別與控制、熱力設備疲勞損傷、熱力設備熱機械學特征規(guī)律、熱力系統(tǒng)漏熱及保溫進行診斷與評價、鍋爐熱污染控制等；超聲波診斷方法，它可用來監(jiān)視爐膛上部區(qū)域的煙氣溫度，決定何時進行吹灰操作，保持鍋爐良好的運行性能，監(jiān)視爐膛各個燃燒器區(qū)域附近煙氣溫度，有助于識別和清除燃燒器故障導致的燃燒工況異常，同時可對污染物生成有重要影響的溫度的優(yōu)化控制，實現(xiàn)清潔燃燒；無損傷檢測技術是指對材料、部件進行的非破壞檢測，以期發(fā)現(xiàn)表面和內部缺陷的一項技術。數(shù)學診斷方法有故障樹診斷法、模糊診斷方法等。在診斷系統(tǒng)方面，主要有清華大學研究開發(fā)的大型電站鍋爐遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，華中科技大學研究開發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐在線監(jiān)測與狀態(tài)診斷專家系統(tǒng)等。

　　2.汽輪機組的主要故障及診斷方法

　　（1）汽輪機的主要故障

　�、俨黄胶�。主要是由于轉子存在加工誤差和永久彎曲、葉片脫落、聯(lián)軸器漂偏、接長軸制造不良、受熱不均勻或材質缺陷而引起的熱撓曲等造成的。

　　②不對中。主要原因是滑銷系統(tǒng)卡澀，汽缸溫差超限，機組升速太快，真空下降過大，基礎不均勻下沉等，使機組膨脹不暢和軸承座膨脹不均勻，以及聯(lián)軸器偏心等。

　�、坜D子碰摩。主要原因有汽封間隙設計和調整不當，汽缸膨脹不暢，汽缸熱變形過大，機組振動過大和軸向位移增大等。

　�、苋~片脫落。主要是由于設計的強度不足，蒸汽參數(shù)波動較大，機組在電網(wǎng)周波變化較大和低負荷下長期運行，以及機組在小于額定轉速以下某轉速停留時間過長等。

　�、菡羝�激振。主要原因是由于高中壓轉子臨界轉速較低，并且高中壓轉子熱態(tài)下?lián)隙茸兓�較大，軸承標高變化較大，接長軸的加工和安裝質量不良，聯(lián)軸器中心徑向或軸向誤差太大，軸系平衡和對中狀態(tài)惡化等，使高中壓轉子失穩(wěn)。

　�。�2）發(fā)電機的主要故障

　　①油膜振蕩。主要是因為發(fā)電機轉子一階臨界轉速過低，并且三軸楔瓦穩(wěn)定性差，在載荷減輕時，其失穩(wěn)轉速過低。

　�、诙ㄗ泳�圈絕緣故障。主要是由于磨損、老化、污染及腐蝕等原因使絕緣失效，造成局部放電和溫度升高，以及由于綁扎不緊、冷卻水泄漏、疲勞磨損等原因使絕緣層損壞，造成線棒位移和匝間短路。

　�、鄱ㄗ泳�圈過熱。主要是由于制造或安裝過程中某些缺陷使匝間短路，造成局部過熱。

　�、苻D子繞組故障。包括接地、匝間短路和斷線故障。接地和匝間短路障礙主要是由于絕緣降低和損壞引起的，接頭開焊和熱變形會引起斷線。

　�、堇鋮s水系統(tǒng)故障。主要是由于冷卻水泄漏、管道異物堵塞、誤動作等使冷卻水流量降低和中斷，以及由于材料和安裝缺陷引起定子漏水。

　　（3）診斷方法

　　在汽輪機組故障診斷中，振動法是應用最普遍也比較成熟的一種方法。應用熱力學分析診斷汽輪機組性能故障也是一個重要手段，另外還有油液分析、聲發(fā)射法、無損檢測技術等。聲發(fā)射法主要用于動靜碰磨故障檢測、泄漏檢測等。日立公司在350MW汽輪機高中壓轉子上設置試片，在兩端軸承的軸瓦處進行聲發(fā)射和記錄，診斷轉子的碰磨。在汽輪機組壽命診斷中，無損檢測技術應用相當重要，目前用到的非破壞性評價法主要包括硬度測定法、電氣抵抗法、超聲波法、組織對比法、結晶粒變形法、顯微鏡觀察測定法和X射線分析法等。

　　現(xiàn)今國內外已經(jīng)研制開發(fā)出了幾十種用于汽輪機組的故障診斷系統(tǒng)。國外主要有美國Radial公司開發(fā)的汽輪發(fā)電機組振動診斷用專家系統(tǒng)，西屋公司的汽輪發(fā)電機組故障診斷系統(tǒng)，Bendy公司的旋轉機械故障診斷系統(tǒng)。國內主要有上海大學研制的熱力參數(shù)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)TPD，該系統(tǒng)可以提高汽輪機組的運行可靠性，同時能夠優(yōu)化運行方案、提高運行效率、延長運行壽命。由清華大學、華中理工大學、哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱電工儀表所等院所聯(lián)合研制200MM、300MW汽輪發(fā)電機組工況監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)，可全面監(jiān)測診斷機械振動故障、氣隙振動故障、熱因素引起的故障、機電耦合軸系扭振故障以及調節(jié)控制系統(tǒng)故障。

　　3.變壓器的主要故障及診斷方法

　�。�1）主要故障

　�、倬�圈匝間短路。主要原因是絕緣老化或散熱不良或長期過負荷，由于短路電動力損傷匝間絕緣，繞組的材料或工藝方面的缺陷，進水受潮，大氣或操作過電壓的襲擊。

　�、诶@組斷線。主要原因有短路電動力使線圈斷線，焊接不良，匝間短路。

　�、劾@組對地擊穿。主要原因有主絕緣的老化，絕緣油受潮，繞組內有雜質進入，過電壓短路時線圈變形損壞，因冷卻系統(tǒng)故障、冷卻油道堵塞、保護失靈從而產生整體或局部過熱以致絕緣損壞。

　�、芾@組相間短路。主要原因與對地擊穿相似，也可能是引線間或套管間短路，油面過低。

　�、蓁F芯片局部短路或局部融毀。主要原因是鐵芯或扼鐵的螺桿絕緣損壞，故障處有金屬片使鐵芯片短路，片間絕緣損壞嚴重，接地方法不正確構成電流環(huán)路。

　　⑥分接開關接觸不良，觸頭表面熔化。主要原因是結構裝配上存在缺陷，切換分接頭后，接觸不可靠，動觸頭彈簧壓力不夠，有載調壓裝置安裝調整不當。

　�、咛坠軐Φ亻W絡或爆炸。主要原因是表面積灰，臟污，裂紋，密封不嚴，呼吸器配置不當。

　�、嘭摵烧�常油溫升高。主要原因是繞組匝間短路，損耗增加，大電流連接處接觸不良，油位過低，冷卻效果差。

　　（2）診斷方法

　　在變壓器故障診斷中，常用的方法有振動分析法、油中氣體分析法、局部放電法、恢復電壓法、頻率響應分析法以及紅外診斷技術等。目前應用較多的主要是紅外診斷技術。在診斷系統(tǒng)方面，國內外學者和研究單位在這方面進行了大量的工作，已經(jīng)研制出了具有故障檢測和初步診斷功能的專家系統(tǒng)，如河南電力試驗研究所開發(fā)研究的電力變壓器故障診斷微機專家系統(tǒng)。此外，國內有許多著名高校正在從事這方面的研究，取得了巨大的理論成果。

　　二、目前火電廠設備故障診斷存在的問題

　　目前雖然有許多診斷方法和診斷系統(tǒng)應用于火電廠設備的故障診斷，并取得了很好的應用效果，但在實際應用時也存在著不少的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

　　1.檢測手段

　　故障診斷的推理機制已經(jīng)達到很高的水平，但征兆的獲取成為了一個瓶頸，即最大的問題是檢測手段不能滿足診斷的需要，不能真實地反應故障的特征。

　　2.復雜的故障機理

　　對故障機理的了解是準確診斷故障的前提。目前，對電廠某些設備的復雜故障，很難從理論上給出解釋，對其機理的了解并不深刻。

　　3.人工智能應用

　　專家系統(tǒng)作為人工智能在電廠主要設備故障診斷中的應用已獲得成功，但仍有一些關鍵的人工智能應用問題需要解決，主要有知識的表達與獲取、自學習、智能辨識、信息融合等。

　　4.診斷方法的單一性

　　當前火電廠設備的故障診斷系統(tǒng)所用的診斷方法有模糊邏輯法、故障樹分析法、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等。但是單一的診斷方法往往難以達到期望的診斷效果。

　　5.故障定位

　　目前的故障診斷系統(tǒng)常常只是進行到故障類型識別這一部分，不能確定故障的具體位置，且對設備的狀態(tài)進行預測的功能研究不夠。

　　三、火電廠設備故障診斷的發(fā)展

　　1.故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　�。�1）分層分布式結構的故障診斷系統(tǒng)

　　火電機組的各子系統(tǒng)的結構和功能是分布式和多層次的，這種結構上的層次關系，要求其診斷系統(tǒng)是分布式和多層次的，由全局診斷系統(tǒng)和子診斷系統(tǒng)組成。全局診斷系統(tǒng)負責診斷任務的管理，包括將總體任務分解成子任務和向各子診斷系統(tǒng)分配任務，這些任務往往是相互耦合的。診斷子系統(tǒng)完成以后，通過對各子診斷系統(tǒng)結論的綜合，給出最終結論。分布式故障診斷專家系統(tǒng)具有推理效率高，診斷速度快，系統(tǒng)可靠，適時性好的特點。

　�。�2）集成式故障診斷系統(tǒng)

　　由于當前的診斷系統(tǒng)在推理方法上的單一性，在求解復雜系統(tǒng)的診斷問題時受到很大的限制。未來的火電機組故障診斷系統(tǒng)，將根據(jù)不同子系統(tǒng)的特點采用不同的推理模型，甚至采用幾種不同推理模型進行混合推理，各種推進模型的優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮，從而提高推理速度和準確性。

　�。�3）構造大型監(jiān)測診斷中心

　　在同一電網(wǎng)中，有許多同類型的火電機組在同時運行。構造大型監(jiān)測診斷中心所帶來的好處是非常明顯的：

　�、俦阌诩�中保存機組的運行數(shù)據(jù)和機組健康狀況的資料；

　�、诒阌诙嗯_機組之間、多個電廠之間共享已有的知識，便于知識庫的完善化；

　�、塾欣�于機組的負荷調度。

　�。�4）自主閉環(huán)診斷系統(tǒng)

　　全自主、閉環(huán)故障診斷系統(tǒng)能夠在人員不參與的情況下完成持續(xù)的故障診斷，形成決策，再由診斷系統(tǒng)發(fā)出相應的控制命令，對機組施加適當?shù)目刂�。要實現(xiàn)自主閉環(huán)診斷，必須要有成熟和先進的診斷技術。診斷系統(tǒng)的知識庫必須完備，診斷系統(tǒng)應有學習機制，能診斷不可預知的故障。

　�。�5）基于Internet的遠程故障診斷系統(tǒng)

　　隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使得基于Internet的遠程應用系統(tǒng)成為可能。將故障診斷系統(tǒng)與Internet相結合不但能夠獲取大量的故障案例與診斷經(jīng)驗，同時能夠共享診斷資源，實現(xiàn)專家異地會診，提高故障診斷水平。

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