故障樹分析法在電廠熱工自動化檢修中的應(yīng)用

李松濤

(國電蓬萊發(fā)電有限公司設(shè)備維護部 山東蓬萊 265600)

故障樹分析法在電廠熱工自動化檢修中的應(yīng)用

李松濤

(國電蓬萊發(fā)電有限公司設(shè)備維護部 山東蓬萊 265600)

隨著火力發(fā)電機組自動化程度的日益提高，運行中出現(xiàn)故障的幾率也隨之升高。為此，提出了故障樹分析法，將其應(yīng)用到熱工自動化故障診斷和檢修之中，并通過列舉故障分析法的實際應(yīng)用案例，闡述了其在熱工自動化檢修中的優(yōu)越性。

火電廠； 熱工自動化； 故障樹分析法

熱工自動化作為火電廠大型火力發(fā)電機組實現(xiàn)安全、經(jīng)濟運行的重要組成部分，是衡量火電企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展和發(fā)電機組容量增大，熱工自動化越來越趨向于大型化和復(fù)雜化，系統(tǒng)控制回路和變量越來越多，在實際運行中出現(xiàn)故障的概率也隨之升高，且故障規(guī)律性越來越隱蔽，這些都給熱工自動化的故障診斷、檢修工作帶來了很多困難。目前，用于熱工自動化系統(tǒng)故障診斷的方法和技術(shù)很多，大致有故障樹法、專家系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，但沒有一種技術(shù)能夠適應(yīng)所有故障的診斷，而故障樹分析法作為一種基于圖形演繹的故障診斷方法，能夠?qū)⑾到y(tǒng)故障與組成部件直接進行有機聯(lián)系，對熱工自動化系統(tǒng)而言，是一種行之有效的故障分析和診斷方法。

1 熱工自動化系統(tǒng)存在的主要故障類型

火電廠熱工自動化系統(tǒng)現(xiàn)場易發(fā)故障主要集中在以下幾個方面。

1) 來自于現(xiàn)場信號本身的故障?，F(xiàn)場信號是指與電力生產(chǎn)過程密切相關(guān)的各類變送器、開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)以及溫度傳感器等輸出的信號。一旦現(xiàn)場信號自身出現(xiàn)故障，會對DCS系統(tǒng)中的控制功能產(chǎn)生直接影響，同時，會導(dǎo)致監(jiān)視數(shù)據(jù)誤差，給操作人員產(chǎn)生誤導(dǎo)作用，甚至引發(fā)誤操作?，F(xiàn)場信號故障可分為四個方面：①系統(tǒng)運行參數(shù)測量元件故障，如：熱電偶斷線、短接、損壞，測量元件質(zhì)量不合格、安裝不當(dāng)?shù)?。②變送器存在問題，如：變送器電路故障、敏感元件損壞等。③接線故障，如：接線端子松動、短接等。④閥門故障，比如：電動門、電磁閥等不能遠(yuǎn)程操作或狀態(tài)錯誤。

2) PLC硬件或DCS系統(tǒng)存在的故障，比如：CPU模塊故障、電源模塊故障、I/O模塊故障等。

3) 系統(tǒng)硬件配置有誤或軟件組態(tài)存在問題，比如系統(tǒng)軟件編輯、編譯錯誤等。

4) 現(xiàn)場運維人員操作不當(dāng)引發(fā)的故障。

2 故障樹分析法概述

當(dāng)火電廠熱工自動化系統(tǒng)發(fā)生故障時，能否正確分析、診斷故障發(fā)生的部位及原因，是能否采取合理有效檢修措施的關(guān)鍵，而故障分析和診斷需要在豐富經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，依靠科學(xué)的分析方法。故障樹分析法(Fault Tree Analysis，簡稱FT)，又叫因果樹分析法，是由美國沃特森提出來，并經(jīng)過應(yīng)用發(fā)展形成的一種簡單、有效的邏輯分析方法，具體來說就是將不希望發(fā)生的故障時間作為分析目標(biāo)，采用合適的邏輯門將引發(fā)故障的原因從總體到局部聯(lián)結(jié)成樹形圖，從而對其進行邏輯分析的方法[1]。

如圖1為故障樹分析法的系統(tǒng)圖，圖中系統(tǒng)故障是指不希望發(fā)生的事件，也稱頂事件，該故障或是由部件A發(fā)生故障導(dǎo)致的或是由部件B發(fā)生故障導(dǎo)致的，而部件A的故障又是因為元件1或者元件2發(fā)生失效而導(dǎo)致的，部件B的故障是因為元件3和元件4同時失效而導(dǎo)致的。圖中處于故障樹底部的元件失效事件是引發(fā)系統(tǒng)故障的基本事件，一般稱為底事件，而介于頂事件與基本事件之間的事件(圖中的部件A故障、部件B故障)稱為中間事件[2]。

圖1 故障樹分析系統(tǒng)簡圖

3 故障樹模型的建立步驟及診斷流程

故障樹分析方法既能分析系統(tǒng)硬件自身的故障影響，又能夠全面地分析環(huán)境因素、人為因素及軟件因素等的影響。不但能夠?qū)ο到y(tǒng)故障產(chǎn)生的原因進行定性分析，從而明確導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因和原因組合，能夠通過對各層事件結(jié)構(gòu)的重要程度分析，通過采用布爾代數(shù)運算對故障樹進行簡化，確定最小割集和最小路集，判斷系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)及所有可能失效模式，還能夠?qū)ο到y(tǒng)的相關(guān)評價指標(biāo)進行定量計算，并根據(jù)已經(jīng)明確的已知單元的故障分布及發(fā)生概率，求得單元概率重要度、結(jié)構(gòu)重要度、關(guān)鍵重要度和系統(tǒng)失效概率等定量指標(biāo)[3]。故障樹分析法中故障樹的建立主要分為如下幾步。

1) 頂事件的確定。對于火電廠熱工自動化系統(tǒng)而言，就是表現(xiàn)出來的不希望發(fā)生的故障現(xiàn)象。

2) 分析頂事件即對系統(tǒng)故障的現(xiàn)象進行分析。通過對熱工自動化系統(tǒng)故障現(xiàn)象進行分析，找到引發(fā)系統(tǒng)故障的直接原因，將故障現(xiàn)象當(dāng)成一個輸出事件，將可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的所有直接原因當(dāng)作輸入事件，并選取適當(dāng)?shù)倪壿嬮T表示這些事件之間存在的內(nèi)在邏輯關(guān)系。

3) 中間事件分析。深入分析每一個與系統(tǒng)故障現(xiàn)象(頂事件)存在直接相關(guān)的輸入事件(中間事件)，如果這些輸入事件還能夠進一步進行分解，那么則需要將其進一步作為下一級的輸出事件，并采用步驟2的方法，對其進行分析處理。

4) 使用逆向思維。通過對已知輸出事件的分析，利用邏輯關(guān)系找到存在問題(故障或失效)的輸入事件，這樣一棵倒置的故障樹即完成。

4 應(yīng)用案例分析

汽輪機凝汽器真空下降是較為常見的熱工自動化故障，為了查找導(dǎo)致該故障的真正原因，需要建立凝汽器真空下降故障的故障樹。首先，將凝汽器真空下降故障作為故障樹的頂事件，對該故障現(xiàn)象(頂事件)進行分析，分析引發(fā)凝汽器真空下降的直接原因，建立下一層的事件(中間事件)，直到找到最終原因(底層事件)為止。凝汽器內(nèi)蒸汽飽和溫度ts和循環(huán)水入口溫度t1、循環(huán)水溫升Δt、換熱端差δt之間存在因果關(guān)系，因此，以這些因素作為中間事件，進一步查找引發(fā)這些因素異常的最終原因，建立故障樹。圖2為凝汽器真空惡化診斷故障樹，從圖2中可以看出，影響凝汽器真空的底層事件共計有11個，這樣只需要對這些底層事件涉及的實際監(jiān)測和各種參數(shù)進行逐一分析和排查，就能很容易地找到導(dǎo)致凝汽器真空下降的真正原因。

圖2 凝汽器真空下降診斷故障樹

某火電廠300 MW供熱機組出現(xiàn)真空惡化故障，經(jīng)過現(xiàn)場實際檢測發(fā)現(xiàn)：循環(huán)水溫升Δt在15℃～16℃(原設(shè)計Δt為6.5℃)，傳熱端差δt在14℃～15℃(原設(shè)計δt為8 ℃)。有檢測數(shù)據(jù)可知：循環(huán)水溫升Δt和傳熱端差δt都高于原設(shè)計值，在汽輪機額定運行情況下，凝汽器排汽量Dc正常，經(jīng)過詳細(xì)檢查存在發(fā)現(xiàn)循環(huán)水量不足問題，比設(shè)計值減少8 000 t/h，進一步檢查發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水排水溝受阻，因而減少了循環(huán)水進水量。影響δt因素也很多，經(jīng)過逐一檢查和分析發(fā)現(xiàn)，存在凝汽器銅管結(jié)垢超標(biāo)問題，經(jīng)測試清潔系數(shù)僅為0.39(原設(shè)計值為0.85)，后對凝汽器銅管進行徹底清掃，同時對高壓頭循環(huán)水泵進行更換。經(jīng)過此次大修處理，再次啟動投運時，凝汽器真空達到了設(shè)計要求，真空下降故障得以解決。

5 結(jié)束語

本文通過對火電廠熱工自動化系統(tǒng)常見故障的總結(jié)分析，將故障樹分析法這一理論應(yīng)用于熱工自動化故障檢測之中，概述了故障樹分析法的基本原理和建立步驟，并通過現(xiàn)場實際案例，詳細(xì)說明了故障樹法在火電廠熱工自動化系統(tǒng)故障檢修中的優(yōu)越性。從其應(yīng)用情況來看，在火電廠熱工自動化故障診斷和檢修工作中應(yīng)用故障樹分析方法，具有一定的科學(xué)性、可靠性和準(zhǔn)確性，可以實現(xiàn)熱工自動化系統(tǒng)的預(yù)測檢修向狀態(tài)檢修的過渡，節(jié)省大量人力和物力，降低機組停運帶來的經(jīng)濟損失，從而提高發(fā)電機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

[1] 虞和濟.故障診斷的基本原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991：27-32.

[2] 陳瑞勛，李青，解海濤. 基于規(guī)則和故障樹的故障案例庫構(gòu)建方法研究[J].航空制造技術(shù)， 2017(3)：87-88.

[3] 朱繼源.故障樹原理和應(yīng)用[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1989：11-15.

[責(zé)任編輯：李娟]

Application of Fault Tree Analysis in Thermal Power Plant Automatic Maintenance

LI Songtao

(Equipment Maintenance Department， Guodian Penglai Power Generation Co.， Ltd.， Penglai 265600， China)

With the increasing degree of automation of thermal generating units， failure probability in the operation also increases. This paper suggests the application of fault tree analysis in to the failure diagnosis and maintenance of thermal automation， and explains the advantages with some practical case studies.

thermal power plant; thermal automation; fault tree analysis

2017-05-23

李松濤(1982-)，男，工程師，主要研究方向：自動化控制

TM 621.4

A

1672-2434(2017)04-0027-03