故障診斷在火電廠熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用及存在問題

王宇

大唐七臺(tái)河發(fā)電有限責(zé)任公司

故障診斷在火電廠熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用及存在問題

王宇

大唐七臺(tái)河發(fā)電有限責(zé)任公司

電力作為當(dāng)今運(yùn)用最廣的能源之一，已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶，與人們的生產(chǎn)生活可以說息息相關(guān)。而在我國(guó)的能源構(gòu)架之中，火力發(fā)電廠就占據(jù)了發(fā)電廠事業(yè)的半壁江山，本文首先介紹了火電廠故障診斷的基本方法，其次闡述了當(dāng)前故障診斷在火電廠熱力系統(tǒng)中的使用狀況，從而對(duì)其存在的問題進(jìn)行了分析，最后給出了一定的解決方案，希望對(duì)火電廠的發(fā)展有所幫助。

故障診斷；火電廠；熱力系統(tǒng)

隨著人類文明的進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電力的依賴越來越大。這使得所有的電廠為了快速的發(fā)展，為了滿足市場(chǎng)的需求，對(duì)大型機(jī)組的采購(gòu)與使用越來越多，其中主力機(jī)組的容量不斷的增大，如今最常見的為300MW以及600MW兩種。這些大型機(jī)組給我們提供電力的同時(shí)，也應(yīng)該想到：一旦機(jī)組損壞或者故障停機(jī)，除了給火電廠本身帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失外，還會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，帶來很嚴(yán)重的社會(huì)影響。為此，在使用機(jī)組時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行故障診斷，如此能做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，使經(jīng)濟(jì)損失和惡劣影響降到最小。

1　故障診斷在火電廠熱力系統(tǒng)中的使用

對(duì)于故障診斷在火電廠熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以說十分廣泛，在下表1中，筆者列舉了幾種主要的應(yīng)用。在表1中，首先，最值得關(guān)注的是最后3個(gè)，它們屬于集成診斷系統(tǒng)，其中不僅包括對(duì)診斷方法的集成，還包括有對(duì)診斷對(duì)象的集成。其次，對(duì)于下表列舉出的幾種應(yīng)用，其中除了汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷的研究較多，使用技術(shù)較為成熟外，其余的應(yīng)用設(shè)備或?qū)τ谑褂孟到y(tǒng)的故障診斷，大多依然停留在理論研究的階段，像汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷這樣已經(jīng)投入使用的并不多。

表1　故障診斷方法在火電廠熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用

通過表1，我們發(fā)現(xiàn)，如今火電廠熱力系統(tǒng)所使用的故障診斷系統(tǒng)一般為以下幾種：

1.1模糊判別

所謂的模糊判別，就是采用數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，依據(jù)模糊關(guān)系矩陣R建立特征集上的模糊矢量A，并且使其與故障狀態(tài)集上的模糊矢量B形成一定的映射關(guān)系，即：

B=R*A（其中*表示為一種模糊的運(yùn)算）

通過映射關(guān)系與模糊運(yùn)算，最后在通過與判斷準(zhǔn)則進(jìn)行對(duì)比，大致確定其有無故障。這種應(yīng)用方法當(dāng)前存在有一個(gè)難點(diǎn)，即對(duì)于新出現(xiàn)的故障問題無能為力，無法做出有效判斷。

1.2故障樹分析

故障樹分析法是一種推理演算的方法，目的是為了推理出最不希望發(fā)生的事件。這種發(fā)展主要的做法是：首先將系統(tǒng)故障形成的原因進(jìn)行總括，然后由整體變部分，按照樹狀的形式進(jìn)行逐層細(xì)化分析，從最頂層事件逐步向最底層事件延伸，由果尋因。

這種應(yīng)用方法的好處就是對(duì)研究對(duì)象的運(yùn)行特性及其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以做到清楚明了的掌握，但缺點(diǎn)就是通用性較差，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

1.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是現(xiàn)代心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)，其根本是模擬人體的大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，最終建立起的一種非線性的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)前常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有兩種，分別為RBF網(wǎng)絡(luò)以及BP網(wǎng)絡(luò)，它們具有任意精度的泛函逼近能力，可以逼近故障分類的邊界，完成特征空間到故障空間的非線性映射，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，即完成對(duì)故障的診斷。

由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模仿對(duì)象是人的大腦，所以具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)理解能力，也因此得到了眾多火電廠的青睞。但是該系統(tǒng)診斷的精確性一定條件下受到了樣本多寡的限制，而火電廠中的機(jī)組和設(shè)備很難提供充足的樣本，而且由于參數(shù)等的不同，使得安裝、制造、改造等都存在差異，所以當(dāng)前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的使用還受到很大的限制。

1.4專家系統(tǒng)

所謂的專家系統(tǒng)，即是一種人工智能診斷的系統(tǒng)，是使用人類專家的知識(shí)以及推理方法的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序，它可以解決較為復(fù)雜的實(shí)際問題，如下圖1所示。對(duì)于專家系統(tǒng)，它可在推理過程中將已有的知識(shí)分離出來，然后在推理體制不改變的情況下，通過改變不同的知識(shí)元，最終使得系統(tǒng)適應(yīng)最新的使用環(huán)境。因此，該方法的特性十分明顯，即具有很強(qiáng)的靈活性以及適應(yīng)能力。

圖1　實(shí)用專家系統(tǒng)框圖

2　對(duì)于火電廠熱力系統(tǒng)故障診斷中存在的問題以及解決的方法

就目前來看，火電廠熱力系統(tǒng)故障診斷中存在的問題依然很多，其中在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，存在的主要問題包括有：

2.1測(cè)點(diǎn)優(yōu)化現(xiàn)代電站為了保證系統(tǒng)運(yùn)行安全以及設(shè)備使用正確，基本都設(shè)有專門的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。那么，如何科學(xué)、有效、全面的利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如何正確的使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)以及信息是擺在人們面前的一個(gè)重要的課題。在進(jìn)行研究時(shí)，研究人員比較要具有熟練的專業(yè)知識(shí)，還有具有足夠耐力，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的分析研究。此外，在熱力系統(tǒng)中，一般還存在有輔助系統(tǒng)，比如管路系統(tǒng)等，它們具有一定的不可視性。如果要對(duì)其增加設(shè)測(cè)點(diǎn)，那么如何加設(shè)，如何時(shí)測(cè)點(diǎn)就有容錯(cuò)能力等，這些都涉及到測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化意見設(shè)置問題，當(dāng)前還沒有相關(guān)的文獻(xiàn)，還需要有關(guān)人員進(jìn)行努力。

2.2故障定位

當(dāng)前出現(xiàn)的故障診斷系統(tǒng)，基本是判斷故障出現(xiàn)的原因，并沒有涉及到機(jī)組以及設(shè)備的具體部位，這樣就不能完全的反映出是設(shè)備的故障還是由某一系統(tǒng)出錯(cuò)所引起的故障，尤其對(duì)于繼承診斷系統(tǒng)，如果系統(tǒng)給出故障原因，電廠需要使用較大的人力和物力進(jìn)行研究和排查。所以筆者認(rèn)為可以將熱力系統(tǒng)精細(xì)分層管理，從而確定其參數(shù)傳遞間的關(guān)系，然后通過尋找各個(gè)子程序的綜合特性，從而確定其故障的原因，明確是系統(tǒng)原因還是設(shè)備故障，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間。

2.3多故障診斷

在實(shí)際是生產(chǎn)當(dāng)中，系統(tǒng)運(yùn)行不正常往往是由多種原因引起的，但是當(dāng)前的參考文獻(xiàn)以及故障診斷系統(tǒng)，都是建立在單個(gè)的故障樣本之上，對(duì)于多故障診斷還缺乏分解能力，因而今后的發(fā)展應(yīng)該重點(diǎn)放到多故障的辨識(shí)之上。這不僅是熱力系統(tǒng)故障診斷的需求，也是故障診斷學(xué)中一個(gè)較為熱門的話題。

2.4故障預(yù)測(cè)

解決系統(tǒng)和設(shè)備故障并不是故障診斷的最終目標(biāo)，做到防止故障發(fā)生才是故障診斷的最終目的。通過故障預(yù)測(cè)，可以及時(shí)有效的對(duì)失效部件進(jìn)行維修更換，可以將其成本，防止其損失擴(kuò)大。但就目前發(fā)展而言，做好預(yù)測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警還是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過程。但通過大量的數(shù)據(jù)表明，造成熱力系統(tǒng)故障的一個(gè)重要原因是設(shè)備的老化、使用壽命的損耗過大。因此，筆者建議火電廠在對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷時(shí)，應(yīng)該將故障診斷系統(tǒng)與設(shè)備壽命評(píng)估系統(tǒng)結(jié)合使用，通過對(duì)設(shè)備壽命的預(yù)測(cè)以及診斷系統(tǒng)對(duì)設(shè)備儀器的監(jiān)測(cè)，雙管齊下，從而有效的解決故障預(yù)測(cè)的問題。

2.5建立故障診斷模型，實(shí)現(xiàn)診斷對(duì)象有效集成

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析和研究，可以了解到故障診斷的研究重點(diǎn)集中在子系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)機(jī)械之上，集成的診斷系統(tǒng)多是將各診斷子系統(tǒng)并列組合，對(duì)于整體的故障診斷很少研究。但就實(shí)際而言，各子系統(tǒng)間都具有耦合性，某一個(gè)子程序出現(xiàn)問題，必然會(huì)對(duì)其余系統(tǒng)和整體設(shè)備有所影響，使其偏離原有的正常軌道。所以在進(jìn)行故障診斷時(shí)，應(yīng)該考慮到系統(tǒng)間的關(guān)系，由此建立一個(gè)整體的故障診斷系統(tǒng)，為各個(gè)子系統(tǒng)的研究工作奠定較為重要的基礎(chǔ)。

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