故障诊断技术在电站设备应用中的研究进展

刘 江

(中国水利电力物资有限公司，北京 100040)

0 引 言

我国电力行业以火电为主，每千瓦时平均供电煤耗比发达国家约高50 g标准煤［1－2］。降低能耗，保证火电厂的稳定安全运行，是未来电力工业工作的重点之一。2003年欧洲和北美发生的大规模停电事故说明，停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失，因此发电设备的安全运行尤为重要。故障诊断的任务是根据设备状态监测所获得的信息，结合已知的结构特性、环境条件及该设备的运行历史，对设备将要可能发生的的故障进行预报和分析，确定故障的类别、原因和部位，指出故障发展的趋势及后果。其次，提出控制故障继续发展的措施并加以实施，最终使设备恢复到正常运行状态的过程。

1 凝汽器故障诊断的研究

凝汽器设备是汽轮发电机组的主要辅助设备［3］，即可提高蒸汽在机组内的有效焓降，又可将汽轮机的排汽凝结成水。因此凝汽器在火力发电厂中占有很重要的地位，但是凝汽器经常会在故障状态下运行，这会对机组的安全带来隐患。

1.1 凝汽器故障的类型

常见故障类型可分为5类［4］。

(1)凝汽器冷却管脏污。凝汽器冷却管脏污会使凝汽器传热发生恶化的趋势，如传热端差增加、汽轮机排汽压力升高等，影响机组的安全运行。

(2)凝汽器满水。凝汽器满水会导致凝结水过冷度增加，降低机组运行的经济性。当凝汽器满水时，凝汽器处在高水位下运行，凝结水会将凝汽器下部的一部分冷却管淹没，造成冷却面积的减小。

(3)凝汽器冷却管的堵塞。当尺寸较大的颗粒不能被滤水网清除，进入凝汽器内时，管侧的机械脏污可能会造成凝汽器的铜管堵塞，会导致凝汽器不能正常运行。

(4)真空系统不严密。凝汽器真空系统是指凝汽设备与系统中所有处于低于大气压力运行的设备。凝汽器运行中，如果真空系统不严密，可能导致空气漏入系统。如果真空系统不严密，凝汽器内将存在蒸汽和空气的混合气体，影响系统的正常运行。

(5)凝结水泵故障。凝结水泵的任务是将凝汽器热井中的凝结水抽出，使凝结水流经轴封加热器和低压加热器，进入除氧器。凝结水泵的工作是在高度真空的条件下输送接近凝汽器压力下的饱和温度水，因此泵轴两端的填料要有很好的严密性，防止空气漏入凝汽器内。

1.2 凝汽器故障诊断方法的研究

在实际生产过程中，故障的判断源于设备所出现的现象。表1具体列举出电站凝汽器故障诊断方法。

表1 凝汽器故障的诊断方法

2 磨煤机故障诊断的研究

2.1 磨煤机故障的类型

常见故障类型可分为4类［5］。

(1)一次风管堵塞。造成一次风管堵塞的基本原因是煤粉管内一次风速太低。在制粉系统中，如果磨煤机风速过小、燃烧器喷口处结焦都将使一次风速减小，会引发一次风管堵塞故障，造成火力发电厂不能正常运行。

(2)磨煤机堵煤。运行中的磨煤机产生堵塞时，磨煤机出口温度下降以及一次风量下降，磨煤机出口风压下降，进、出口压差增加，造成一层煤粉燃烧器燃烧不稳定，严重时会出现层熄火保护动作造成磨煤机跳闸。

(3)磨制能力下降。具体的表现有碾磨力下降、煤粉变粗、出力降低。造成磨煤机的磨制能力下降的主要原因有碾磨部件磨损过度，磨辊与磨碗间隙太大等。

(4)磨内部着火。主要表现有磨出口温度异常升高，所排煤矸石有自燃现象，磨煤机筒体温度异常升高且伴有烧焦糊味。

2.2 磨煤机故障诊断方法的研究

在实际磨煤机生产过程中，故障的判断也是源于磨煤机所出现的现象。表2具体列出电站磨煤机典型故障的诊断方法。

表2 电站磨煤机故障诊断的方法

3 汽轮发电机组故障诊断的研究

3.1 汽轮发电机组振动故障的类型

在现场设备管理工作中，汽轮发电机组故障则经常是指机组振动过大，零部件过早过量磨损等情况。根据机组的状态行为综合其故障特征，对故障进行定性，总结出汽轮发电机组振动故障的常见类型如下:

(1)转子质量不平衡。转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数的80%。

(2)动静摩擦。汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。

(3)亚异步振动。亚异步振动即转子振动频率低于转速频率的振动，这种振动可以分为强迫振动和自激振动两类。

(4)转子不对中。主要是指用联轴器连结起来的两根轴的中心线存在的偏差。

3.2 汽轮发电机组故障诊断方法的研究

汽轮机组是大型旋转机械，振动是其重要的特征信号。因此，振动诊断法是汽轮机组的常用诊断方法。表3列出了常用振动故障诊断方法，进而对其产生原因进行判断。

表3 电站汽轮机组振动故障诊断的方法

4 总结

文中对电站主要设备如凝汽器、磨煤机、汽轮发电机组等的故障类型和故障诊断进行了分析和汇总，分析过程中阐述了各机器设备的故障类型、产生原因以及故障诊断方法的研究。如果电站的机器设备出现故障，则设备预期的功能就会降低或者失去，导致经济性下降，甚至造成灾难性的事故。一旦机器出现故障停机，除了对电厂本身造成巨大的经济损失以外，对整个电网也会产生很大的冲击，引起重大的经济损失和社会后果，所以积极的开展电站各设备的故障分析是十分必要的，能很好的预防电站事故的发生，为设备的安全可靠的运行提供了有效的措施。目前，虽然电站各设备的故障诊断研究取得了一定的成果，但是系统的完善是一个长期的过程，还有许多问题需要进一步的总结和论证。

［1］吴金卓，马 琳，林文树.生物质发电技术和经济性研究综述［J］.森林工程，2012(5):102－106.

［2］国家电力监管委员会.电力监管年度报告(2011)［R］.2011.

［3］高永昌，丁勇军，张 鹏.基于规则推理的地空导弹智能故障诊断研究［J］.装备制造技术，2007，(3):12－14.

［4］任乐呜，李文清.机组状态监测与故障诊断系统在紧水滩水电厂的应用［J］.水电能源科学，2006，24(2):94－95.

［5］扬海斌.某电厂360MW汽轮机组不平衡振动分析［J］.应用能源技术，2008，127(7):47－49.