電廠主要設備的典型故障分析

郭 頎 折 義

（內(nèi)蒙古烏海市海勃灣發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)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。

1.火電廠主要設備的典型故障

1.1 鍋爐的主要故障：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(zhì)量問題；省煤器泄漏。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；水冷壁泄漏。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(nèi)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；除塵器故障。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.汽輪機組的主要故障

2.1 汽輪機的主要故障

2.1.1 不平衡。主要是由于轉(zhuǎn)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(zhì)缺陷而引起的熱撓曲等造成的。

2.1.2 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。

2.1.3 轉(zhuǎn)子碰摩。主要原因有汽封間隙設計和調(diào)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。

2.1.4 葉片脫落。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(zhuǎn)速以下某轉(zhuǎn)速停留時間過長等。

2.1.5 蒸汽激振。主要原因是由于高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速較低，并且高中壓轉(zhuǎn)子熱態(tài)下?lián)隙茸兓^大，軸承標高變化較大，接長軸的加工和安裝質(zhì)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(zhuǎn)子失穩(wěn)。

2.2 發(fā)電機的主要故障

2.2.1 油膜振蕩。主要是因為發(fā)電機轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速過低。

2.2.1 定子線圈絕緣故障。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。

2.2.3 定子線圈過熱。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。

2.2.4 轉(zhuǎn)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。

2.2.5 冷卻水系統(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。

1.3 變壓器的主要故障

1.3.1 線圈匝間短路。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。

1.3.2 繞組斷線。主要原因有短路電動力使線圈斷線，焊接不良，匝間短路。

1.3.3 繞組對地擊穿。主要原因有主絕緣的老化，絕緣油受潮，繞組內(nèi)有雜質(zhì)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(chǎn)生整體或局部過熱以致絕緣損壞。

1.3.4 繞組相間短路。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。1.3.5鐵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。

1.3.6 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(diào)壓裝置安裝調(diào)整不當。

1.3.7 套管對地閃絡或爆炸。主要原因是表面積灰，臟污，裂紋，密封不嚴，呼吸器配置不當。

1.3.8 負荷正常油溫升高。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.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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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。

3.火電廠設備故障診斷的發(fā)展

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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：①便于集中保存機組的運行數(shù)據(jù)和機組健康狀況的資料；②便于多臺機組之間、多個電廠之間共享已有的知識，便于知識庫的完善化；③有利于機組的負荷調(diào)度。

3.4 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。

3.5 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。

[1]郭建輝.基于實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的電廠設備故障診斷.【碩士】上海交通大學，2007-10-01.