汽轮机故障诊断技术探讨

王 波

（宁夏国华宁东发电有限公司，宁夏 银川750408）

0 引言

汽轮机是发电系统的重要设备，其复杂的设备结构和特殊的运行环境使其非常容易发生异常振动等故障，这给电力系统的正常运行造成了非常不利的影响。因此，加强对汽轮机故障诊断技术的研究，对于提高电力系统的运行效率和供电质量具有重要的现实意义。

1 汽轮机故障诊断要点

1.1 故障推理机的开发

作为故障诊断系统的关键，故障的推理诊断是指系统如何利用有限的特征指标来完成对故障判断分析的过程，其良好作用的发挥将直接关系到诊断系统的性能和诊断决策的准确性。而目前正应加强对有关系统推理过程的研究，并开发新的推理方法或将原有的推理方法进行融合改进，提供互补优势，从而提高推理决策的准确性和可靠性。

1.2 故障机理的分析

维修人员要对故障进行诊断首先要了解故障发生的机理。目前对故障机理的分析还严重不足，维修人员难以获取全面的故障及征兆数据库。例如，在汽轮机中，机组轴系在运行时会发生高速运转，而由基础、支撑和转子组成的振动系统内部结构极其复杂，维修人员利用相关的振动特性理论和分析系统仍不能完全掌握和了解各种激励条件下部件的响应情况。

1.3 信息融合技术的运用

信息融合技术是一种将多源信息进行综合处理的技术，其能够功能化合成来源于同一目标的多种信息，相比单一信息的分析监测具有更高的准确性和安全性。故障诊断系统是通过对诊断对象的运行过程信息和各种已有信息进行全面比较来进行诊断的，在研究过程中加强决策、特征等信息融合技术的应用可以改善系统的运行效率和可靠度。

1.4 故障信息的表征

将提取到的大量故障信息进行合理的表征，才能使其与专家知识良好融合，建立优质的知识框架。信息表征可采用数字和符号2种方式，而专家知识多采用网络式、产生式、框架式和语义式4种模式，二者各有优势和缺陷，如何进行有机结合将是故障诊断中的研究重点。

1.5 获取故障特征

获取故障的有关特征是故障诊断的重要环节，故障特征的充分全面提取可以大幅度提高故障诊断效率。因此，故障诊断中要利用ANC技术、高性能滤波技术、ANN噪声消除技术、相位补偿技术和FFT谱线修正技术等提高故障特征信息获取的精确性。

2 汽轮机故障诊断技术

2.1 凝汽器性能诊断技术

内部饱和蒸汽压力持续增加是凝汽器运行异常的主要表现，其产生原因可能是冷却水管内壁积聚大量污垢降低了水管的传热性能或冷却水量不足所致。因此应将冷却水管脏污系数作为判断管壁清洁程度的主要指标，利用脏污系数研发出能够监视凝汽器性能的诊断装置。诊断流程主要由输入、演算、控制和输出4部分组成，诊断信息主要包括器内压力、器内温度、发电端动力、冷却水流量、管壁热流速和冷却水温度；可利用温度传感器、超声波流量传感器等对温度差异情况和冷却水量情况等进行准确检查。考虑到实际测得的传热系数还会受到水温、冷却水量和热负荷等因素的影响，应当根据设计标准对同一假定数值进行修正，然后把设计中的真空度和实际测得的真空度进行相对值和绝对值的比较，以确定管壁的清洁程度。性能分析的结果会通过录音器或录音图进行收录，当其结果相比预设下限值较低时就会发出警报。另外，还可以根据管壁清洁程度确定凝汽器定期清洗的周期，并综合评价清洁前后的运转状况。采用热流束监视冷却水管壁，即通过测量冷却水管外热流束的方法也可以准确判断管壁清洁程度。现今制造的HIDIE－08型微波显像仪可以直接对凝汽器的运行工作指标和状况进行监视，并能够分析异常状态、诊断经济性能、报告处理方法，该装置的使用不仅能够节省资源成本，还能大大提高凝汽器的运行质量和可靠性。

2.2 轴承诊断技术

在轴承故障中，轴承偏斜和轴承荷载变动是最难诊断和处理的。轴承偏斜会提高轴承烧毁的可能性，轴承荷载超出正常范围会引起轴承烧毁。另外，在轴承低速运行过程中，由于没有形成均匀的油膜，会使部分金属间接触摩擦，引起轴承烧毁。通过相应的轴承诊断装置可以提前发现故障征兆，提高轴承的运行质量。

轴承故障诊断中使用了变位计和荷重传感器2种传感装置，为了提高诊断的可靠性，还应对轴承温度和油膜压力进行检测。通过设置在轴承两端的4个变位计可以顺利测出轴承倾斜的具体数值；通过测量轴承温度上升的情况，可以准确测量低速段金属的摩擦情况。相关试验研究表明，测量轴承温度和监控轴承油膜压力能够提高轴承故障诊断的可靠性。

该装置的功能主要包括金属摩擦诊断、倾斜诊断、荷载变动诊断等，并且测量数据可以实时存储。具体如下：（1）轴承金属研磨检测。当汽轮机的转子与静止部分发生研磨时可通过轴承油膜进行检测，还可通过辨别回转噪声是否出现异常进行辅助检测。金属研磨检测装置能够在回转周波与检波信号周波运动幅度大致相同时检测出研磨状况，并通过分析2个信号到达时间的差异确定转子轴承的研磨部位。（2）轴承倾斜检测。轴承偏斜会引起低周波信号和高周波信号的振幅重叠，通过带通滤波器检测增幅后的AE信号，就可识别到轴承的倾斜故障。（3）轴承金属接触检测。轴承金属在发生接触时会产生较多的AE波形。轻微接触的金属由于润滑油的缺失会发生周期性接触。通过金属接触诊断回路，采用高标准检测金属接触的初期状况和高低标准之比检测轴承损伤过程，即可完成对金属接触的检测。

2.3 小波分析技术

小波分析技术拥有良好的还原性和信号去噪性能，在大量背景噪声或信噪比较低的信号处理和分析中比较常用；根据神经网络技术和小波分析技术合成的智能分析技术，为汽轮机的故障诊断和分析提供了重要手段。目前研究较多的是模糊神经网络诊断和前向神经网络诊断，其诊断策略主要为：利用模糊关联度进行多参数诊断；利用模糊诊断进行通流热参数、转子磨碰和振动故障诊断。

3 汽轮机故障诊断系统的发展方向

3.1 大规模监测诊断中心

同一电力系统内部经常会有多个机组同时运行，建立大规模监测诊断中心可以恰当调度机组负荷；能够提供多个机组、多个电厂间的信息诊断共享，便于预测和分析；同时提供多机组的健康运行指标和运行数据。

3.2 分层分布式诊断系统

汽轮机内部系统的结构和功能大部分是分层分布式，利用结构间的层次关系，可以建立相应的分层分布式诊断系统，并通过子诊断系统和总诊断系统共同控制。子诊断系统负责对子诊断任务进行分析监测；总诊断系统负责管理诊断任务，即分解总体任务并将子诊断任务分配到各子诊断系统中，待子诊断任务完成后，总诊断系统进行综合分析得出结论。此种系统具有诊断效率高、系统稳定性强、推理速度快等优点。

3.3 远程网络故障诊断系统

现代化网络和通讯技术的发展，使远程网络故障诊断系统成为故障诊断发展的必经之路。利用远程网络故障诊断系统，一方面可以实现诊断资源的共享，使专家在异地也能进行汽轮机故障诊断，提高了故障诊断的质量；另一方面实现了故障诊断系统与网络技术的融合，在提供大量诊断经验和故障案例的同时，能够协助维修人员快速提取故障数据，从而提高了故障诊断的效率，减少了人力资源的浪费。

3.4 集成式故障诊断系统

当前使用的故障诊断装置其内部推理方式较为单一，对于复杂的系统故障难以进行全面的分析。集成式故障诊断系统能够根据故障分析处理方式和经验构成多种推理模型，并进行多种推理模型的融合，从而充分发挥各模型的推理优势，有利于提高诊断的准确性。

4 结语

故障诊断质量将直接关系到汽轮机的正常运行和使用寿命。因此，相关维修和技术人员应当加强对汽轮机故障的分析，提高故障检测和诊断水平，采取最优决策处理运行故障，以为汽轮机的安全运行提供保障。

［1］郑大伟.浅议汽轮机故障诊断技术［J］.黑龙江科技信息，2011（10）

［2］马超，杜英杰，闫晓菊.浅谈汽轮机故障诊断技术及其发展远景［J］.黑龙江科技信息，2007（12）