故障樹(shù)分析法在電廠熱工自動(dòng)化檢修中的應(yīng)用

李松濤

摘 要：隨著火力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化程度的日益提高，熱工自動(dòng)化的應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛，系統(tǒng)復(fù)雜程度也愈來(lái)愈高，控制回路和變量越來(lái)越多，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)故障的幾率也隨之升高。為此，提出故障樹(shù)分析法，將其應(yīng)用到熱工自動(dòng)化故障診斷和檢修之中，并通過(guò)列舉故障分析法的實(shí)際應(yīng)用案例，闡述了其在熱工自動(dòng)化檢修中的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：火電廠 熱工自動(dòng)化 故障樹(shù)分析法 檢修

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（a）-0005-02

熱工自動(dòng)化作為火電廠大型火力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jī)組容量增大，熱工自動(dòng)化越來(lái)越趨向于大型化和復(fù)雜化，系統(tǒng)控制回路和變量越來(lái)越多，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)故障的幾率也隨之升高，且故障規(guī)律性越來(lái)越隱蔽，這些都給熱工自動(dòng)化的故障診斷、檢修工作帶來(lái)了很多困難。目前，用于熱工自動(dòng)化系統(tǒng)故障診斷的方法和技術(shù)很多，大致有故障樹(shù)法、專(zhuān)家系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，但沒(méi)有一種技術(shù)能夠適應(yīng)所有故障的診斷，而故障樹(shù)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(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，對(duì)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)而言，是一種行之有效的故障分析、診斷方法。

1 熱工自動(dòng)化系統(tǒng)存在的主要故障類(lèi)型

火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)易發(fā)故障主要集中在以下幾個(gè)方面。

（1）來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)本身的故障?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)是指與電力生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)的各類(lèi)變送器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及溫度傳感器等輸出的信號(hào)。一旦現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)自身出現(xiàn)故障，會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)中的控制功能產(chǎn)生直接影響，同時(shí)，會(huì)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(chǎng)信號(hào)故障可分為4個(gè)方面：①系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量元件故障，如：熱電偶斷線、短接、損壞，測(cè)量元件質(zhì)量不合格、安裝不當(dāng)?shù)?。②變送器存在?wèn)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(dòng)、短接等。④閥門(mén)故障，比如：電動(dòng)門(mén)、電磁閥等不能遠(yuǎn)程操作或狀態(tài)錯(cuò)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(wèn)題，比如系統(tǒng)軟件編輯、編譯錯(cuò)誤等。

（4）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員操作不當(dāng)引發(fā)的故障。

2 故障樹(shù)分析法概述

當(dāng)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，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(yàn)的基礎(chǔ)上，依靠科學(xué)的分析方法。故障樹(shù)分析法（Fault Tree Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)FT）又叫因果樹(shù)分析法，是由美國(guó)沃特森提出來(lái)，并經(jīng)過(guò)應(yīng)用發(fā)展形成的一種簡(jiǎn)單、有效的邏輯分析方法，具體來(lái)說(shuō)就是將不希望發(fā)生的故障時(shí)間作為分析目標(biāo)，采用合適的邏輯門(mén)將引發(fā)故障的原因從總體到局部聯(lián)結(jié)成樹(shù)形圖，從而對(duì)其進(jìn)行邏輯分析的方法。

3 故障樹(shù)模型的建立步驟及診斷流程

故障樹(shù)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(jìn)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(guò)對(duì)各層事件結(jié)構(gòu)的重要程度分析，通過(guò)采用布爾代數(shù)運(yùn)算對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定最小割集和最小路集，判斷出系統(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(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)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)。故障樹(shù)分析法中故障樹(shù)的建立主要分為以下幾步。

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

（2）分析頂事件，即對(duì)系統(tǒng)故障的現(xiàn)象進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)故障現(xiàn)象進(jìn)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(gè)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(mén)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(gè)和系統(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），如果這些輸出事件還能夠進(jìn)一步進(jìn)行分解，那么則需要將其進(jìn)一步作為下一級(jí)的輸出事件，并采用步驟（2）的方法，對(duì)其進(jìn)行分析處理。

（4）使用逆向思維。通過(guò)對(duì)已知輸出事件的分析，利用邏輯關(guān)系找到存在問(wèn)題（故障或失效）的輸人事件，這樣一棵倒置的故障樹(shù)就完成了。

4 應(yīng)用案例分析

某火電廠300MW供熱機(jī)組出現(xiàn)真空惡化故障，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：循環(huán)水溫升在15℃～16℃之間（原設(shè)計(jì)為6.5℃），傳熱端差δt在14℃～15℃之間（原設(shè)計(jì)δt為℃）。有檢測(cè)數(shù)據(jù)可知：循環(huán)水溫升和傳熱端差δt都高于原設(shè)計(jì)值，在汽輪機(jī)額定運(yùn)行情況下，凝汽器排汽量Dc正常，經(jīng)過(guò)詳細(xì)檢查存在發(fā)現(xiàn)循環(huán)水量不足問(wèn)題，比設(shè)計(jì)值減少8000t/h，進(jìn)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(jìn)水量。影響δt因素也很多，經(jīng)過(guò)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(wèn)題，經(jīng)測(cè)試清潔系數(shù)僅為0.39（原設(shè)計(jì)值為0.85），后對(duì)凝汽器銅管進(jìn)行徹底清掃，同時(shí)對(duì)高壓頭循環(huán)水泵進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)此次大修處理，再次啟動(dòng)投運(yùn)時(shí)，凝汽器真空達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，真空下降故障得以解決。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)常見(jiàn)故障的總結(jié)分析，將故障樹(shù)分析法這一理論應(yīng)用于熱工自動(dòng)化故障檢測(cè)之中，概述了故障樹(shù)分析法的基本原理和建立步驟，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例，詳細(xì)地說(shuō)明了故障樹(shù)法在火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢修中的優(yōu)越性。從其應(yīng)用情況來(lái)看，在火電廠熱工自動(dòng)化故障診斷和檢修工作中應(yīng)用故障樹(shù)分析方法，具有一定的科學(xué)性、可靠性和準(zhǔn)確性，可以實(shí)現(xiàn)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的預(yù)測(cè)檢修向狀態(tài)檢修的過(guò)渡，節(jié)省大量人力和物力，降低機(jī)組停運(yùn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，從而提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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