基于特性曲線的電站熱力系統(tǒng)故障診斷方法

胥建群 孫友源 楊 濤 周克毅 石永鋒 司徒有功

(1東南大學(xué)能源熱轉(zhuǎn)換及其過程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210096)

(2中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院，上海200063)

(3華電電力科學(xué)研究院，杭州310030)

(4大唐南京發(fā)電廠，南京210059)

在火電廠實(shí)際運(yùn)行中，往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)設(shè)備或幾個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)生性能下降的現(xiàn)象，最終引起整個(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的下降.這種熱力系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備性能下降的工況稱為故障工況，而把性能下降的設(shè)備稱為故障部件［1］;與之對(duì)應(yīng)地，把非故障工況稱為參考工況.由于熱力系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，部件之間相互影響，當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熱力參數(shù)偏離參考值，這種熱力參數(shù)的變化會(huì)影響其他非故障部件的運(yùn)行參數(shù)，引起誘導(dǎo)故障［1］;當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，各誘導(dǎo)故障之間相互疊加，部件之間相互耦合影響，給準(zhǔn)確定位性能下降的具體位置帶來(lái)困難.

為保證電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，發(fā)展了多種診斷方法應(yīng)用于電廠熱力系統(tǒng)或某些設(shè)備的故障診斷，并取得了一定的成果.王清照等［2］采用通過熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析得到2個(gè)數(shù)學(xué)判據(jù)判別故障發(fā)生的部件.王勇等［3］通過建立熱力學(xué)仿真模型獲得故障數(shù)據(jù)，引入熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論診斷模型，完成故障源的定位.Liu等［4］提出了一種智能診斷方法，應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)進(jìn)行局部診斷，采用多源信息融合技術(shù)進(jìn)行全局診斷，該方法可以快速、準(zhǔn)確地完成單一故障診斷和不同類型的多個(gè)故障診斷的任務(wù).國(guó)外學(xué)者對(duì)基于 分析方法［5］的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論［6］進(jìn)行了不斷改進(jìn)和應(yīng)用［7］，Verda 等［8］研究了控制系統(tǒng)的干預(yù)對(duì)系統(tǒng)額外資源消耗，并率先提出過濾診斷過程中由控制系統(tǒng)引起的影響.近年來(lái)，Heo等［9］采用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的診斷模型，成功地檢測(cè)到給水加熱器內(nèi)部泄漏的位置，并且其量化值也在可接受的誤差范圍內(nèi).Ajami等［10］提出利用獨(dú)立分量分析(ICA)的方法對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷，此方法可正確有效地進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷，避免誤報(bào)和誤診.

分離和量化誘導(dǎo)故障，實(shí)現(xiàn)各部件之間的解耦是進(jìn)行熱力系統(tǒng)故障診斷的關(guān)鍵.為此本文提出了基于熱力參數(shù)-性能指標(biāo)特性曲線的診斷模型，并引入不可逆損失［6］作為性能指標(biāo)，定量計(jì)算其在故障工況下相比于參考工況的實(shí)際變化量，用以判別故障的部件.以某電廠330 MW機(jī)組為例，通過模擬3種故障工況初步證明了該方法的可行性.

1 模型的建立

1.1 基本思想

在火電廠熱力系統(tǒng)中，每一個(gè)部件都有相應(yīng)的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其運(yùn)行性能，而這一指標(biāo)又與該部件的熱力參數(shù)存在一定的函數(shù)關(guān)系.因此，可以認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)部件都存在著熱力參數(shù)-性能指標(biāo)特性曲線，該曲線表示存在一系列關(guān)系式f使得部件的性能指標(biāo)κ是一組熱力參數(shù)τ的函數(shù)，即

對(duì)于任一部件，均可通過假設(shè)得到參考工況和故障工況下某一熱力參數(shù)對(duì)應(yīng)性能指標(biāo)的特性曲線，其函數(shù)關(guān)系分別為fref和fmal，如圖1所示.工況一旦確定，這種函數(shù)關(guān)系就隨之確定，因此可以認(rèn)為在系統(tǒng)邊界條件一定的情況下，參考工況的特性曲線是不變的，只有當(dāng)部件發(fā)生故障時(shí)才會(huì)引起特性曲線的變化.

圖1 熱力參數(shù)-性能指標(biāo)特性曲線示意圖

在維持與參考工況相同的軸功功率的前提下，故障工況的各部件會(huì)發(fā)生熱力參數(shù)的改變.如圖1所示，若某部件存在故障，則當(dāng)其熱力參數(shù)從τ1變化到τ2，部件的運(yùn)行性能點(diǎn)將從參考狀態(tài)A點(diǎn)變動(dòng)到一個(gè)新的狀態(tài)C點(diǎn).2個(gè)狀態(tài)之間的差值表示了該部件運(yùn)行性能的變化Δι，同時(shí)也表示了故障的量化，即

若該部件不存在故障，只考慮參考工況特性曲線，則當(dāng)熱力參數(shù)產(chǎn)生Δτ變化時(shí)，部件的運(yùn)行性能點(diǎn)將從狀態(tài)A點(diǎn)變動(dòng)到狀態(tài)D點(diǎn)，表示該部件在無(wú)故障工況下亦會(huì)產(chǎn)生性能指標(biāo)的變化Δδ，即

實(shí)際上，狀態(tài)A點(diǎn)變動(dòng)到C點(diǎn)的過程可以分解為先從A點(diǎn)到D點(diǎn)，再到C點(diǎn)的過程.因此，故障工況下部件的實(shí)際故障Δγ(CD段)應(yīng)為總的性能變化Δι(CF段)扣除無(wú)故障時(shí)部件僅隨熱力參數(shù)變化就會(huì)產(chǎn)生的性能指標(biāo)變化Δδ(DF段)，即

顯然地，Δγ只代表了由于部件自身故障引起的性能變化，從理論上消除了其他部件對(duì)其產(chǎn)生的影響(即誘導(dǎo)故障)，實(shí)現(xiàn)了各部件之間相互影響的解耦.

1.2 消除閥門開度對(duì)性能指標(biāo)影響

由于機(jī)組在實(shí)際中通常是并網(wǎng)運(yùn)行，往往要求其輸出功率達(dá)到一定值.因此在一個(gè)恒定功率的條件下討論所建模型比恒定流量更具實(shí)際意義.

在保持功率恒定的故障工況下，流量會(huì)增加;調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作，閥門開度的變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)造成額外的影響，干擾診斷源的準(zhǔn)確辨識(shí).一些學(xué)者提出了消除由調(diào)節(jié)系統(tǒng)引起影響的方法［8，11］，基本思想是假想一個(gè)同時(shí)具有參考工況的閥門開度和故障工況的故障部件工況.本文借鑒其思想提出一個(gè)新的假想工況點(diǎn)，并將其與故障工況比較，消除閥門的影響.

假設(shè)已得到任一部件在參考工況和故障工況下的功率-性能指標(biāo)特性曲線，如圖2所示.圖中狀態(tài)A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)與圖1相對(duì)應(yīng)，AC和AC'分別表示定功率和定流量條件下，部件發(fā)生故障時(shí)性能指標(biāo)的變化過程;C'點(diǎn)即為文獻(xiàn)［8，11］中的假想狀態(tài)點(diǎn).而本文假想一個(gè)與定功率故障工況閥門開度相同的無(wú)故障工況點(diǎn)，定義為自由工況，即圖2中的B點(diǎn).該狀態(tài)點(diǎn)相比于參考狀態(tài)A點(diǎn)增加了功率ΔW，并造成了該部件性能指標(biāo)的變化Δρ;在圖1中表示為熱力參數(shù)由τ1變化到τ3的過程.這一變化量是單純由于閥門開度的變化而產(chǎn)生的，綜合分析圖1和圖2，Δρ可表示為

圖2 閥門開度對(duì)性能指標(biāo)影響示意圖

因此，定功率時(shí)故障工況產(chǎn)生的運(yùn)行性能變化量Δι扣除Δρ即為過濾了調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響的性能指標(biāo)變化量，在圖中表示為BC段.

1.3 性能指標(biāo)實(shí)際變化量的定性分析

根據(jù)前文分析，為消除調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作的額外影響，以狀態(tài)B點(diǎn)代替A點(diǎn)作為參考基準(zhǔn).為此，將圖1中Δδ扣除A，B兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)性能指標(biāo)之差Δρ，得到一個(gè)新的指標(biāo) Δπ，即

式中，Δπ表示了以自由工況B點(diǎn)為基準(zhǔn)時(shí)，部件隨熱力參數(shù)的變化而產(chǎn)生的性能指標(biāo)變化.式(4)亦可改寫為

由于經(jīng)過了對(duì)閥門開度影響和部件相互影響的2次過濾，Δγ即為該部件性能指標(biāo)的實(shí)際變化量.因此，在獲得一個(gè)部件特性曲線的情況下，就可以利用Δρ和Δπ計(jì)算出Δγ，從而對(duì)該部件進(jìn)行故障診斷.

Δρ可以通過驗(yàn)收試驗(yàn)或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立機(jī)組的變工況熱力特性模型［12］來(lái)獲得.Δπ則可利用微分方法逼近求得［13］，如圖1所示，在自由工況B點(diǎn)上作切線BE，利用E點(diǎn)近似逼近D點(diǎn)，切線BE的斜率為B點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)dκ/dτ.特性曲線的函數(shù)關(guān)系可以通過在自由工況熱力參數(shù)點(diǎn)τ3附近對(duì)一系列獨(dú)立熱力參數(shù)τk求偏導(dǎo)近似得到;相應(yīng)的Δπ為

式中，Δζ為Δπ的近似值，在圖1中表示為B，E兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的性能指標(biāo)之差;Δζ與Δπ的差值為ε，即用式(8)計(jì)算Δπ時(shí)產(chǎn)生的誤差為

聯(lián)立n個(gè)如下方程可求解出n個(gè)偏導(dǎo)數(shù)，即為式(8)偏導(dǎo)項(xiàng)的近似值:

式中，n表示自由工況點(diǎn)附近的一系列無(wú)故障工況數(shù)，其數(shù)值等于τk.

當(dāng)將Δζ近似代替Δπ時(shí)，考慮到式(9)的誤差項(xiàng)，引入指標(biāo)Δγ的近似值Δκ作為判斷部件故障的標(biāo)準(zhǔn).由式(7)～(9)可得Δκ的表達(dá)式為

Δκ與Δγ同樣作為部件性能指標(biāo)的實(shí)際變化量，可以實(shí)現(xiàn)各部件之間相互影響的解耦，從而對(duì)部件進(jìn)行故障診斷，兩者誤差為ε.

2 熱力參數(shù)與性能指標(biāo)的選取

以上定性分析了利用熱力參數(shù)-性能指標(biāo)曲線進(jìn)行故障診斷的原理和方法，但要定量計(jì)算出性能指標(biāo)變化量Δκ，真正實(shí)現(xiàn)診斷，還需針對(duì)熱力系統(tǒng)中具體部件選取合適的熱力參數(shù)與性能指標(biāo).

2.1 熱力參數(shù)的選取

選取某部件熱力參數(shù)τ的基本原則是:該參數(shù)必須是能夠描述該部件運(yùn)行特性的一組獨(dú)立變量［14］，如壓力、溫度、流量等.此外，由于包含了一個(gè)部件運(yùn)行特性的大量信息，文獻(xiàn)［15］嘗試只將部件的進(jìn)出口 流作為變量，將特性指標(biāo)表示為

流的函數(shù).但是，不同的壓力、溫度、流量等熱力參數(shù)可能會(huì)得相同的 流，這就造成了熱力參數(shù)信息的缺失，無(wú)法獲得性能指標(biāo)對(duì)于一組完整熱力參數(shù)的函數(shù)關(guān)系.選取熱力參數(shù)的基本原則應(yīng)該是保證某一部件的參數(shù)個(gè)數(shù)等于該部件的自由度數(shù)，且每個(gè)熱力參數(shù)相互獨(dú)立.

2.2 性能指標(biāo)的選取

性能指標(biāo)κ是能夠量化部件在運(yùn)行過程中性能的變量，如汽輪機(jī)的內(nèi)效率、加熱器的端差等.但這些指標(biāo)并不統(tǒng)一，需要針對(duì)各個(gè)部件分別選取;當(dāng)部件發(fā)生性能下降時(shí)，其熱力參數(shù)-性能指標(biāo)曲線可能會(huì)與參考工況下的曲線相交，造成部件存在故障，而其性能指標(biāo)變化量為0的情況.因此，需要選取一個(gè)既能對(duì)各部件運(yùn)行特性進(jìn)行定量分析，又能在部件存在故障時(shí)保證Δκ的絕對(duì)值嚴(yán)格為正數(shù)的統(tǒng)一變量作為性能指標(biāo).

引入熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論中的變量不可逆損失作為部件的性能指標(biāo)κ.一個(gè)部件的故障與其他部件在該部件產(chǎn)生的誘導(dǎo)故障相加即為不可逆損失.不可逆損失量化了一個(gè)部件的流量和能量信息，與部件的能量轉(zhuǎn)化過程的效率直接相關(guān);而且，由于部件的故障會(huì)使其產(chǎn)生的不可逆損失比參考工況產(chǎn)生的不可逆損失大，因此用不可逆損失作為性能指標(biāo)所表示的特性曲線，在部件存在故障時(shí)一定會(huì)朝該部件運(yùn)行特性變差的方向發(fā)展，從而避免了與參考工況特性曲線的相交.

在熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論中，根據(jù)部件在火電廠熱力系統(tǒng)中的功能，將各部件輸入、輸出的實(shí)際物流通過組合或者分解得到多個(gè)燃料()流(F)和一個(gè)產(chǎn)品()流(P)，由此可以將實(shí)際系統(tǒng)的物理流程圖轉(zhuǎn)化為由燃料-產(chǎn)品所表示的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖.圖3為某330 MW火電機(jī)組熱力系統(tǒng)圖對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖.

圖3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)診斷模型燃料/產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖中，矩形表示物理(生產(chǎn)或耗散)組件，J1，J2表示匯集組件，b1，b2表示分支組件，F(xiàn)i(i=0，1，…，25)表示該單元所消耗的燃料，Pi(i=1，2，…，24)表示該組件所獲得的產(chǎn)品，Ni(i=1，2，…，23)表示該組件所消耗的負(fù)熵［16］.匯集和分支組件、入口和出口的 或負(fù)熵保持守恒.圖3中，圓形和菱形均為虛擬部件，只起連接作用.

通過圖3可以看出，一個(gè)部件的產(chǎn)品可能是其他部件的燃料或者是電廠整個(gè)產(chǎn)品的一部分，即

式中，Bij為第i個(gè)部件產(chǎn)品中作為第j個(gè)部件的燃料;Bi0表示電廠整個(gè)產(chǎn)品中第i個(gè)部件的產(chǎn)品.

定義單位 耗為某個(gè)設(shè)備為獲得一個(gè)單位產(chǎn)品而需要從其他組件中得到的產(chǎn)品數(shù)量，即獲得第j個(gè)部件一個(gè)單位產(chǎn)品時(shí)，需要第i個(gè)部件付出的產(chǎn)品，即

通過單位 消耗，式(12)可以表示為

根據(jù)結(jié)構(gòu)理論［17］，式(14)亦可寫成如下矩陣形式:

式中，P={P1，P2，…，Pn}T，Ps={B10，B20，…，Bn0}T，KP為一個(gè)n×n矩陣，它的元素為單位 耗kij.對(duì)式(15)進(jìn)行矩陣變換，可將每個(gè)部件的產(chǎn)品P表示為單位消耗KP和系統(tǒng)最終產(chǎn)品Ps的函數(shù)，即

式中，UD為n×n單位矩陣.

對(duì)于某一部件的不可逆損失Ii，可表示為該部件輸入燃料Fi與輸出產(chǎn)品Pi的差值，即Ii=Fi－Pi.當(dāng)系統(tǒng)部件較多時(shí)，為方便計(jì)算，亦將其表示為矩陣形式，即

式中，KD為包含每一個(gè)部件單位 消耗的對(duì)角陣.

通過上述方法可以求得不同工況下熱力系統(tǒng)各個(gè)部件的不可逆損失，作為部件的性能指標(biāo)κ;然后針對(duì)具體部件選取合適的熱力參數(shù)τ，根據(jù)式(11)可定量求得Δκ，最后可實(shí)現(xiàn)對(duì)部件的故障診斷.

3 實(shí)例分析

將上述模型應(yīng)用于某330 MW火電機(jī)組的性能診斷.汽輪機(jī)組型號(hào)為N330-16.67/538/538，通流部分由1個(gè)高壓缸、1個(gè)中壓缸、2個(gè)低壓缸、1個(gè)凝汽器、1個(gè)小汽機(jī)組成，回?zé)嵯到y(tǒng)由3個(gè)高壓加熱器、1個(gè)除氧器、4個(gè)低壓加熱器、1個(gè)疏水冷卻器、1個(gè)軸封加熱器、1個(gè)給水泵和1個(gè)凝結(jié)水泵組成.1#加熱器為抽汽壓力最高的加熱器，依此類推，7#加熱器為抽汽壓力最低的加熱器，各加熱器間采用疏水逐級(jí)自流連接.

本文基于APROS平臺(tái)建立該機(jī)組汽輪機(jī)及熱力系統(tǒng)模型，模擬該機(jī)組不同工況下的運(yùn)行.APROS屬分析型模型，對(duì)各種復(fù)雜工況的模擬具有較高的可信度.

將所建APROS模型分別模擬參考工況、定功率條件下的3種故障工況、與故障工況閥門開度相同的無(wú)故障工況(即自由工況點(diǎn))，以及若干自由工況點(diǎn)附近的無(wú)故障工況，得到各部件在不同工況下的熱力參數(shù).參考工況選擇無(wú)故障時(shí)的熱耗保證工況(THA).自由工況點(diǎn)附近的無(wú)故障工況通過調(diào)整主蒸汽流量獲得.3種故障工況包括:① 調(diào)節(jié)級(jí)和中壓缸一級(jí)組效率下降5%;②2#高加堵管10%和故障工況1同時(shí)發(fā)生;③80%變工況時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)、高壓缸一級(jí)組效率下降5%，且3#高加堵管10%.由于這3種工況分別模擬了機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中常見的故障，且考慮了變工況發(fā)生故障的情況，因此對(duì)其的診斷結(jié)果具有一定的代表性.

以故障工況1為例，將機(jī)組分為若干個(gè)需要診斷的部件，利用APROS模擬的熱力參數(shù)計(jì)算出不同工況下圖3中的每股 流值，并按式(17)計(jì)算出各部件在參考工況、故障工況和自由工況下的不可逆損失.如調(diào)節(jié)級(jí)(C-S)在3種工況下的不可逆損失分別為 IC-S，ref，IC-S，mal和 IC-S，free，分別對(duì)應(yīng)圖 1和圖2中的狀態(tài)A點(diǎn)、C點(diǎn)和B點(diǎn).則式(2)中的Δι可改寫為

式(5)中的Δρ為

依據(jù)前文所述原則選取調(diào)節(jié)級(jí)入口蒸汽壓力p1、入口蒸汽溫度t1、出口蒸汽壓力p2和入口流量D作為熱力參數(shù).利用4個(gè)自由工況點(diǎn)附近的無(wú)故障工況(op1，op2，op3和op4)獲得4組熱力參數(shù)值及不可逆損失;將它們分別與自由工況下對(duì)應(yīng)的熱力參數(shù)值及不可逆損失相減，可得一系列Δτ和ΔI.根據(jù)式(10)可得如下的矩陣:

通過求解式(20)可得4組偏微分項(xiàng)?Ifree/?τk，將其與式(11)、(18)、(19)聯(lián)立即為調(diào)節(jié)級(jí)的性能指標(biāo)實(shí)際變化量Δκ，即

式中，Δτk為故障工況下調(diào)節(jié)級(jí)的4個(gè)熱力參數(shù)值與自由工況下對(duì)應(yīng)參數(shù)之差.

在本文計(jì)算中，汽輪機(jī)其他級(jí)組熱力參數(shù)的選取與調(diào)節(jié)級(jí)相同;而加熱器的熱力參數(shù)則選用入口水壓力、入口水溫度、出口水壓力、出口水溫度和抽汽流量;過熱器和再熱器選用出口蒸汽壓力、蒸汽流量和入口工質(zhì)壓力;各類泵選用入口工質(zhì)壓力、溫度和流量;凝汽器選用進(jìn)汽壓力、進(jìn)汽焓、凝結(jié)水壓力和流量.在自由工況點(diǎn)附近模擬的無(wú)故障工況數(shù)應(yīng)與各部件選取的熱力參數(shù)數(shù)相等.另外，由于故障工況3為變工況下發(fā)生的故障，因此其對(duì)應(yīng)的參考工況選擇80%熱耗保證工況，功率亦保持在80%額定功率.

根據(jù)上述方法分別定量計(jì)算出3種故障工況下系統(tǒng)中各部件的性能指標(biāo)變化量，故障工況1的計(jì)算結(jié)果見表1.

表1 故障工況1各部件的性能指標(biāo)變化 kW

為更加清楚形象地表現(xiàn)所提出的方法和思想，以調(diào)節(jié)級(jí)為例，將3種故障工況下調(diào)節(jié)級(jí)的計(jì)算結(jié)果用圖4定量表示.以故障工況3為例，A點(diǎn)為未發(fā)生故障的參考工況點(diǎn)，當(dāng)保持機(jī)組功率一定，會(huì)得到故障工況下的狀態(tài)C點(diǎn);但AC段并不能代表由于調(diào)節(jié)級(jí)效率下降引起的真正指標(biāo)變化，因此還應(yīng)考慮在參考工況下與C點(diǎn)具有相同邊界條件的狀態(tài)D點(diǎn)，AC段與AD段之差才是由調(diào)節(jié)級(jí)故障造成的實(shí)際指標(biāo)變化.在定功率的情況下，調(diào)節(jié)汽門開度的變化會(huì)對(duì)性能指標(biāo)造成干擾，因此還需將調(diào)節(jié)級(jí)的影響過濾，從而引入自由工況B點(diǎn)，即假想的與工況C點(diǎn)閥門開度相同的無(wú)故障工況點(diǎn).由計(jì)算結(jié)果可看出，B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)功率增加、性能指標(biāo)發(fā)生變化;以B點(diǎn)代替A點(diǎn)作為參考基準(zhǔn)，則消除了閥門開度影響的指標(biāo)變化，即為BCD的過程.

圖4 3種故障工況下調(diào)節(jié)級(jí)性能指標(biāo)變化圖

通過上述定量分析可以得到以下結(jié)論:

1)3種故障工況下各故障部件會(huì)對(duì)其他非故障部件造成影響，產(chǎn)生誘導(dǎo)故障.如表1所示，故障工況1中，由于調(diào)節(jié)級(jí)故障，導(dǎo)致高壓缸排汽焓上升，再熱器吸熱量減少，故不可逆損失為負(fù)值;同時(shí)高壓缸排汽焓增加會(huì)導(dǎo)致高壓缸出力不足，為保證出力一定，需要增加流量，使鍋爐內(nèi)吸熱量增加，故不可逆損失為正值;中壓缸1級(jí)組故障最終引起低壓缸排汽焓升高，凝汽器冷源損失增加，故產(chǎn)生較大不可逆損失，其值為負(fù)是由于含有凝汽器的系統(tǒng)中存在負(fù)熵［16］.故障工況2中，2#高加端差增大會(huì)使1#高加存在較大的不可逆損失.同樣，在故障工況3下，3#高加的故障也會(huì)影響2#高加;高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)和1級(jí)組的效率下降會(huì)對(duì)各汽缸排汽焓造成影響，從而影響鍋爐、再熱器以及凝汽器的吸熱量，引起不可逆損失的大幅變化.

因此，某一部件不可逆損失較大并不意味著該部件內(nèi)部發(fā)生了真正的故障，其他部件故障有可能在該部件誘導(dǎo)產(chǎn)生不可逆增加.

2)通過引入Δρ和Δζ，對(duì)性能指標(biāo)變化量進(jìn)行2次過濾，基本可以消除故障部件對(duì)非故障部件產(chǎn)生的誘導(dǎo)故障，即非故障部件的Δκ應(yīng)全部為0.而表1中非故障部件的Δκ值雖然明顯小于故障部件，但都沒有變?yōu)?.這可以理解為存在誤差ε.

4 結(jié)論

1)提出的基于特性曲線模型能夠從理論上消除閥門開度變化的影響及部件在熱力參數(shù)變化時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生的性能指標(biāo)變化，定性分析出部件由于其自身故障引起的性能指標(biāo)實(shí)際變化量.通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和直觀分析從理論上基本消除了其他部件的影響，即誘導(dǎo)故障，實(shí)現(xiàn)了各部件之間相互影響的解耦.

2)引入熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論中不可逆損失作為模型的性能指標(biāo)，通過定量計(jì)算熱力系統(tǒng)各部件在故障工況下的不可逆損失變化量，來(lái)判別部件是否發(fā)生故障.通過實(shí)例計(jì)算分析不同故障工況下各部件不可逆損失增加量的變化規(guī)律，初步證明了提出的思想和模型的可行性.

3)除不可逆損失外，還可選取其他既能對(duì)各部件運(yùn)行特性進(jìn)行定量分析，又能在部件存在故障時(shí)保證其變化量的絕對(duì)值嚴(yán)格為正數(shù)的統(tǒng)一變量作為模型的性能指標(biāo).

本文提出的診斷模型只討論了恒定功率的情況，而在實(shí)際運(yùn)行中故障工況可能既非定功率，又非定流量，這時(shí)需要選定新的基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn).另外模型的準(zhǔn)確性和對(duì)實(shí)際運(yùn)行故障診斷的正確性有待于在之后的研究中繼續(xù)探討.

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