火電廠主要設(shè)備故障診斷的現(xiàn)狀及發(fā)展研究論文

　　摘 要：介紹了火電廠主要設(shè)備的典型故障以及采用的故障診斷方法，闡述了現(xiàn)有的故障診斷系統(tǒng)和火電廠設(shè)備故障診斷中存在的問題，并指出了故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，提出了研究方向。

　　大型火電廠主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等，完成從熱能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)換過程。設(shè)備與設(shè)備之間的耦合性、系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及設(shè)備在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的特殊工作環(huán)境下，決定了火電廠是一個高故障率和故障危害性很大的生產(chǎn)場所，這些故障都將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會后果。因此，通過先進(jìn)的技術(shù)手段，對設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和分析，來判斷設(shè)備是否存在異常或故障、故障的部位和原因、故障的劣化趨勢，以確定合理檢修時機(jī)很有必要。

　　一、火電廠主要設(shè)備的典型故障及其診斷方法

　　1.鍋爐的主要故障及診斷方法

　　(1)主要故障

　　①過熱器泄漏。過熱器泄漏爆管區(qū)集中在高溫過熱器下彎頭外圈向火側(cè)，主要原因是爐膛高度偏低，使該處出現(xiàn)過熱，此處也有選材裕度不足及焊接質(zhì)量問題。

　　②省煤器泄漏。主要原因是飛灰磨損造成管壁減薄，特別是在穿墻管、爐墻漏風(fēng)和彎頭處為常見。

　　③水冷壁泄漏。主要原因是局部過熱和腐蝕，局部過熱是水循環(huán)破壞和管內(nèi)結(jié)垢造成，而火焰偏斜或燃燒區(qū)煙溫過高則使水冷壁高溫腐蝕。

　　④除塵器故障。主要原因有煙氣流速太快，灰粒的粒度較大，含塵濃度大，排煙溫度低于露點溫度等。

　　(2)診斷方法

　　在鍋爐故障診斷中，物理診斷方法有：紅外測溫技術(shù)，具體應(yīng)用范圍有鍋爐火焰和燃燒狀態(tài)進(jìn)行辨別與控制、熱力設(shè)備疲勞損傷、熱力設(shè)備熱機(jī)械學(xué)特征規(guī)律、熱力系統(tǒng)漏熱及保溫進(jìn)行診斷與評價、鍋爐熱污染控制等；超聲波診斷方法，它可用來監(jiān)視爐膛上部區(qū)域的煙氣溫度，決定何時進(jìn)行吹灰操作，保持鍋爐良好的運行性能，監(jiān)視爐膛各個燃燒器區(qū)域附近煙氣溫度，有助于識別和清除燃燒器故障導(dǎo)致的燃燒工況異常，同時可對污染物生成有重要影響的溫度的優(yōu)化控制，實現(xiàn)清潔燃燒；無損傷檢測技術(shù)是指對材料、部件進(jìn)行的非破壞檢測，以期發(fā)現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷的一項技術(shù)。數(shù)學(xué)診斷方法有故障樹診斷法、模糊診斷方法等。在診斷系統(tǒng)方面，主要有清華大學(xué)研究開發(fā)的大型電站鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，華中科技大學(xué)研究開發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐在線監(jiān)測與狀態(tài)診斷專家系統(tǒng)等。

　　2.汽輪機(jī)組的主要故障及診斷方法

　　(1)汽輪機(jī)的主要故障

　　①不平衡。主要是由于轉(zhuǎn)子存在加工誤差和永久彎曲、葉片脫落、聯(lián)軸器漂偏、接長軸制造不良、受熱不均勻或材質(zhì)缺陷而引起的熱撓曲等造成的。

　　②不對中。主要原因是滑銷系統(tǒng)卡澀，汽缸溫差超限，機(jī)組升速太快，真空下降過大，基礎(chǔ)不均勻下沉等，使機(jī)組膨脹不暢和軸承座膨脹不均勻，以及聯(lián)軸器偏心等。

　　③轉(zhuǎn)子碰摩。主要原因有汽封間隙設(shè)計和調(diào)整不當(dāng)，汽缸膨脹不暢，汽缸熱變形過大，機(jī)組振動過大和軸向位移增大等。

　　④葉片脫落。主要是由于設(shè)計的強(qiáng)度不足，蒸汽參數(shù)波動較大，機(jī)組在電網(wǎng)周波變化較大和低負(fù)荷下長期運行，以及機(jī)組在小于額定轉(zhuǎn)速以下某轉(zhuǎn)速停留時間過長等。

　　⑤蒸汽激振。主要原因是由于高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速較低，并且高中壓轉(zhuǎn)子熱態(tài)下?lián)隙茸兓^大，軸承標(biāo)高變化較大，接長軸的加工和安裝質(zhì)量不良，聯(lián)軸器中心徑向或軸向誤差太大，軸系平衡和對中狀態(tài)惡化等，使高中壓轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。

　　(2)發(fā)電機(jī)的主要故障

　　①油膜振蕩。主要是因為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速過低，并且三軸楔瓦穩(wěn)定性差，在載荷減輕時，其失穩(wěn)轉(zhuǎn)速過低。

　　②定子線圈絕緣故障。主要是由于磨損、老化、污染及腐蝕等原因使絕緣失效，造成局部放電和溫度升高，以及由于綁扎不緊、冷卻水泄漏、疲勞磨損等原因使絕緣層損壞，造成線棒位移和匝間短路。

　　③定子線圈過熱。主要是由于制造或安裝過程中某些缺陷使匝間短路，造成局部過熱。

　　④轉(zhuǎn)子繞組故障。包括接地、匝間短路和斷線故障。接地和匝間短路障礙主要是由于絕緣降低和損壞引起的，接頭開焊和熱變形會引起斷線。

　　⑤冷卻水系統(tǒng)故障。主要是由于冷卻水泄漏、管道異物堵塞、誤動作等使冷卻水流量降低和中斷，以及由于材料和安裝缺陷引起定子漏水。

　　(3)診斷方法

　　在汽輪機(jī)組故障診斷中，振動法是應(yīng)用最普遍也比較成熟的一種方法。應(yīng)用熱力學(xué)分析診斷汽輪機(jī)組性能故障也是一個重要手段，另外還有油液分析、聲發(fā)射法、無損檢測技術(shù)等。聲發(fā)射法主要用于動靜碰磨故障檢測、泄漏檢測等。日立公司在350MW汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子上設(shè)置試片，在兩端軸承的軸瓦處進(jìn)行聲發(fā)射和記錄，診斷轉(zhuǎn)子的碰磨。在汽輪機(jī)組壽命診斷中，無損檢測技術(shù)應(yīng)用相當(dāng)重要，目前用到的非破壞性評價法主要包括硬度測定法、電氣抵抗法、超聲波法、組織對比法、結(jié)晶粒變形法、顯微鏡觀察測定法和X射線分析法等。

　　現(xiàn)今國內(nèi)外已經(jīng)研制開發(fā)出了幾十種用于汽輪機(jī)組的故障診斷系統(tǒng)。國外主要有美國Radial公司開發(fā)的汽輪發(fā)電機(jī)組振動診斷用專家系統(tǒng)，西屋公司的汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)，Bendy公司的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)。國內(nèi)主要有上海大學(xué)研制的熱力參數(shù)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)TPD，該系統(tǒng)可以提高汽輪機(jī)組的運行可靠性，同時能夠優(yōu)化運行方案、提高運行效率、延長運行壽命。由清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱電工儀表所等院所聯(lián)合研制200MM、300MW汽輪發(fā)電機(jī)組工況監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)，可全面監(jiān)測診斷機(jī)械振動故障、氣隙振動故障、熱因素引起的故障、機(jī)電耦合軸系扭振故障以及調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)故障。

　　3.變壓器的主要故障及診斷方法

　　(1)主要故障

　　①線圈匝間短路。主要原因是絕緣老化或散熱不良或長期過負(fù)荷，由于短路電動力損傷匝間絕緣，繞組的材料或工藝方面的缺陷，進(jìn)水受潮，大氣或操作過電壓的襲擊。

　　②繞組斷線。主要原因有短路電動力使線圈斷線，焊接不良，匝間短路。

　　③繞組對地?fù)舸Ｖ饕蛴兄鹘^緣的老化，絕緣油受潮，繞組內(nèi)有雜質(zhì)進(jìn)入，過電壓短路時線圈變形損壞，因冷卻系統(tǒng)故障、冷卻油道堵塞、保護(hù)失靈從而產(chǎn)生整體或局部過熱以致絕緣損壞。

　　④繞組相間短路。主要原因與對地?fù)舸┫嗨疲部赡苁且€間或套管間短路，油面過低。

　　⑤鐵芯片局部短路或局部融毀。主要原因是鐵芯或扼鐵的螺桿絕緣損壞，故障處有金屬片使鐵芯片短路，片間絕緣損壞嚴(yán)重，接地方法不正確構(gòu)成電流環(huán)路。

　　⑥分接開關(guān)接觸不良，觸頭表面熔化。主要原因是結(jié)構(gòu)裝配上存在缺陷，切換分接頭后，接觸不可靠，動觸頭彈簧壓力不夠，有載調(diào)壓裝置安裝調(diào)整不當(dāng)。

　　⑦套管對地閃絡(luò)或爆炸。主要原因是表面積灰，臟污，裂紋，密封不嚴(yán)，呼吸器配置不當(dāng)。

　　⑧負(fù)荷正常油溫升高。主要原因是繞組匝間短路，損耗增加，大電流連接處接觸不良，油位過低，冷卻效果差。

　　(2)診斷方法

　　在變壓器故障診斷中，常用的方法有振動分析法、油中氣體分析法、局部放電法、恢復(fù)電壓法、頻率響應(yīng)分析法以及紅外診斷技術(shù)等。目前應(yīng)用較多的主要是紅外診斷技術(shù)。在診斷系統(tǒng)方面，國內(nèi)外學(xué)者和研究單位在這方面進(jìn)行了大量的工作，已經(jīng)研制出了具有故障檢測和初步診斷功能的專家系統(tǒng)，如河南電力試驗研究所開發(fā)研究的電力變壓器故障診斷微機(jī)專家系統(tǒng)。此外，國內(nèi)有許多著名高校正在從事這方面的研究，取得了巨大的理論成果。