遠程診斷技術(shù)在發(fā)電廠設(shè)備故障分析中的應(yīng)用

夏 靜，史恒惠，李海軍

(中電投河南電力有限公司，河南 鄭州 450001)

遠程診斷技術(shù)在發(fā)電廠設(shè)備故障分析中的應(yīng)用

夏 靜，史恒惠，李海軍

(中電投河南電力有限公司，河南 鄭州 450001)

介紹了基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠程診斷平臺，以遠程診斷平臺在汽輪機高壓加熱器運行工況上的應(yīng)用為例，指出通過遠程診斷技術(shù)可及時分析、判斷高壓加熱器的運行狀況，給發(fā)電廠設(shè)備運行狀態(tài)評估提供依據(jù)，實現(xiàn)了設(shè)備故障的早期預(yù)警，從而提升整個發(fā)電企業(yè)的設(shè)備管理及監(jiān)控水平。

遠程診斷技術(shù)；高壓加熱器；狀態(tài)評估；早期預(yù)警

0 引言

隨著電力市場的不斷發(fā)展，發(fā)電企業(yè)對設(shè)備安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性及使用壽命的要求越來越高，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)設(shè)備運行的需要?；谖锫?lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)(機電裝備)遠程診斷服務(wù)平臺(以下簡稱“遠程診斷平臺”)可以將分布于不同地域、不同企業(yè)的數(shù)據(jù)集中采集、存儲和挖掘，并在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)的知識庫模型、案例分析模型，從而實現(xiàn)對設(shè)備故障及異常的早期預(yù)警和診斷。

1 遠程診斷平臺簡介

遠程診斷平臺通過不低于2M的專線網(wǎng)絡(luò)，將診斷對象的SIS(監(jiān)控信息系統(tǒng))實時數(shù)據(jù)、設(shè)備點檢、MIS(管理信息系統(tǒng))等管理數(shù)據(jù)集中采集、存儲和挖掘，并在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)知識庫模型、安全分析模型，不斷積累設(shè)備診斷和故障分析經(jīng)驗，形成一個標(biāo)準(zhǔn)體系完善的數(shù)據(jù)平臺。通過對監(jiān)測設(shè)備建立診斷分析模型，采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法對模型進行訓(xùn)練優(yōu)化，實現(xiàn)對設(shè)備、系統(tǒng)的監(jiān)視和故障診斷；被監(jiān)視對象的實際值時刻通過每2 s一次的模型計算與在同等工況下的期望值進行實時比較，實際值與期望值的對比如圖1所示。報警不再只是在絕對限值被超過時才產(chǎn)生，而是大大提前，只要當(dāng)測量值偏離了正常運行值就會報警。這與傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)(分布式控制系統(tǒng))基于固定限值產(chǎn)生的報警不同，能夠監(jiān)視相對于正常運行狀態(tài)的任何偏差，在破壞性故障真正發(fā)生之前就能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障并定位故障。

圖1 遠程診斷技術(shù)報警原理

2 應(yīng)用介紹

2.1 設(shè)備簡介

某電廠2×1 000 MW汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，汽輪機型號為N1030-25/600/600。系統(tǒng)配置3臺高壓加熱器(以下簡稱“高加”)，100 %容量，臥式單列雙流程布置。該廠1號機組于2010年10月投產(chǎn)，并在2014年2月的第1次A級檢修中進行了低溫省煤器的節(jié)能改造，凝結(jié)水由7號低加出口凝結(jié)水管道引出至低溫省煤器，經(jīng)煙氣加熱后送回至6號低加進口凝結(jié)水管道。

通過遠程診斷平臺對該廠高加建立診斷模型進行運行工況監(jiān)測，診斷模型測點包括機組負(fù)荷、各高加溫升及高加上下端差。

2.2 故障現(xiàn)象

2014-04-17，該廠1號機組A級檢修后啟動并網(wǎng)，并投入低溫省煤器運行，各高加運行正常，給水溫度與設(shè)計值一致。2014年7月，通過遠程診斷平臺發(fā)現(xiàn)1號高加上端差及進、出水溫升開始偏離正常工況并逐月增大，劣化趨勢明顯。至2015年3月，1號高加上端差達14 ℃，在1 000 MW工況下給水溫度僅為287.1 ℃，較設(shè)計值296.9 ℃偏低9.8 ℃。具體趨勢見圖2和圖3，由此可明顯看出設(shè)備的劣化趨勢，從而在故障發(fā)生的早期階段及時向電廠人員發(fā)出預(yù)警。通過與電廠人員溝通，分析高加出現(xiàn)故障的原因，初步判斷為高加水側(cè)管束結(jié)垢或水室隔板泄漏，水側(cè)短路。

2015年4月，利用檢修機會對1號高加水室進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)1號高加鋼管結(jié)垢，存在嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，造成水室隔板前后壓差增大；隔板焊縫出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致部分高壓給水短路。

2.3 原因分析

圖2 遠程診斷平臺1號高加上端差曲線

圖3 遠程診斷平臺1號高加溫升曲線

通過對1號高加入口處垢樣的初步檢測分析，垢質(zhì)較疏松，其主要成分是鐵的混合物，鐵含量為66.6 %，成分主要是Fe2O3(鐵銹的主要成分)，其余為硅等雜質(zhì)。經(jīng)了解，2015-04-17，1號機組A級檢修后啟動并網(wǎng)，汽水指標(biāo)合格。4月24日，低溫省煤器循環(huán)沖洗后，給水及主蒸汽硅含量快速升高，人工取樣檢測給水硅含量591 μg/L，主蒸汽硅達1 674 μg/L，立即解列低溫省煤器繼續(xù)沖洗，給水及主蒸汽硅含量緩慢下降，至4月29日合格。待連續(xù)沖洗1周后，再次投入低溫省煤器，給水指標(biāo)正常。檢查發(fā)現(xiàn)1號機低溫省煤器的旁路管道(長度約30 m)及閥門沒有進行酸洗，故判斷高加水側(cè)結(jié)垢的主要原因為低溫省煤器投入時，旁路部分積存的鐵銹及雜質(zhì)進入水汽系統(tǒng)而造成系統(tǒng)污染。

因低溫省煤器投入時給水品質(zhì)不合格，硅超標(biāo)嚴(yán)重，為給水硅合格標(biāo)準(zhǔn)(≤10 μg/L)的數(shù)十倍。3號高加運行溫度為150-210 ℃，2號高加運行溫度為173-260 ℃，1號高加運行中溫度為213-297 ℃，給水中硅的溶解度在190 ℃時最大，因此，給水經(jīng)過3號和2號高加時，溶解度較大;經(jīng)過1號高加時，溶解度最小，析出物沉積在1號高加鋼管內(nèi)。而高加鋼管直徑較小(高加鋼管規(guī)格為Φ16×2.5)，硅沉積后，造成通流面積減少，其他雜質(zhì)逐漸堵塞在鋼管進口及內(nèi)部。1，2，3號高加管側(cè)壓降設(shè)計值分別為0.067 MPa，0.073 MPa，0.072 MPa，由于管側(cè)壓降較小，水室隔板按0.2 MPa左右設(shè)計，強度較低。由于鋼管堵塞，造成1號高加進出口差壓逐漸增大，超過了隔板設(shè)計值，造成隔板變形、焊縫開裂，給水出現(xiàn)短路情況。隨著運行時間的增加，隔板變形越來越嚴(yán)重，給水溫度逐漸降低也說明了隔板的泄漏量逐漸增大。

2.4 結(jié)論

通過分析該廠高加故障的案例可以看出，遠程診斷平臺可以在發(fā)電廠設(shè)備故障形成的早期階段，早于電廠運行及管理人員，及時發(fā)現(xiàn)高加的性能劣化。針對1號機高加出現(xiàn)結(jié)垢及水室隔板泄漏故障的原因，該廠在進行2號機低溫省煤器改造后，在酸洗前特地對低溫省煤器旁路部分的管道及閥門進行了機械及化學(xué)清洗，因而在低溫省煤器投入運行時，沒有對汽水指標(biāo)造成影響，避免了2號機高加出現(xiàn)類似情況。

3 結(jié)束語

從遠程診斷技術(shù)在汽輪機高加故障分析上的應(yīng)用可以看出，遠程診斷平臺可實現(xiàn)對發(fā)電廠運行機組實時參數(shù)的采集、建模和訓(xùn)練，對越限參數(shù)進行報警提示，在破壞性故障真正發(fā)生之前的早期階段就能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和定位故障，從而可實現(xiàn)設(shè)備性能劣化分析及設(shè)備狀態(tài)評估，做到風(fēng)險預(yù)判，消除設(shè)備隱患，對保證發(fā)電廠安全、經(jīng)濟運行具有重要的意義。

1 陳兆慶，王保田，曹景芳，等．大型火電機組高壓加熱器典型故障分析[J]．發(fā)電設(shè)備，2005，19(3):174-176.

2 謝小軒，張 浩，陳 恒，等．遠程設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究[J]．組合機床與自動化加工技術(shù)，2001，(6):4-6.

3 鄧宏貴，羅 安，劉雁群，等．電力關(guān)鍵設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(5):51-54.

2016-04-24；

2016-07-09。

夏 靜(1980-)，女，工程師，主要從事汽輪機運行及遠程診斷、分析工作，email：kfdcxj@163.com。

史恒惠(1975-)，女，工程師，主要從事鍋爐運行及遠程診斷、分析工作。

李海軍(1973-)，男，工程師，主要從事鍋爐、環(huán)保運行及遠程診斷、分析工作。