火电机组故障诊断技术的现状分析与未来展望火电机组故障诊断技术的现状分析与未来展望【【摘要摘要】】本文简单介绍了火电厂设备故障诊断的目的，机械故障诊断概述，分析了目前火电厂热力系统故障诊断的研究状况，并提出有待进一步解决的问题，且分析了可能的解决方法关键词】故障诊断 火电厂 设备1 引言引言火力发电厂是一类典型的流程工业企业，它在国民经济发展中占有主导地位虽然目前火电厂的自动化程度已达到了一个较高水平，设备的可靠性也有显著提高，但是由于实际运行过程中各个方面的影响，造成破坏机组安全正常运行的故障时有发生，这就给火电厂带来了巨大的经济损失加之现代火电站是一个复杂的系统工程，控制系统往往包括上百个控制回路，传统的参数报警和连锁保护系统已经日益不能满足现代化生产过程的需要因此，我们要更好地提高电站运行的安全性水平和经济性水平，推行状态检修技术，实现电站运行的状态监测与故障诊断为确保系统安全可靠地运行就必须对电厂生产的故障诊断进行研究，以期能及早发现故障，及时处理，使得损失降低到最小2 火电厂设备故障诊断的目的火电厂设备故障诊断的目的2.1 减少损失减少损失通过各种检测，分析和判别手段，结合系统或设备的历史、现状、环境等因素，及时地对设备状态进行检测；对各种异常状态或故障状态作出正确诊断；对设备的运行进行必要的指导，预防或消除故障。
提高设备运行的安全性、可靠性和经济性，或者把故障引起的损失降到最低水平2.2 保证设备发挥最大设计能力保证设备发挥最大设计能力根据可能发生的故障预测，制订合理的检查维修制度，以便确保在不发生故障的允许条件下，充分挖掘设备潜力，延长机组使用寿命，降低设备全寿命的使用费用2.3 为其他改进提供信息为其他改进提供信息通过参数检测、故障分析、性能评估等，为设备的结构改进、优化设计与制造提供信息显然，火电厂设备故障诊断既能保证设备的安全、可靠运行，又能获得更大的经济效益与社会效益据美国 Pekrul 电站的资料，效益与投入比可以达到 36：1日本资料报导，实施故障诊断后，事故率可减少 75％，维修费用可降低 25—50％3 机械设备故障诊断概述机械设备故障诊断概述机械设备发生故障是指其功能失常，即机械系统处于异常状态（工作状态劣化） 设备损坏是设备状态劣化的一种表现形式机械设备是由多个子系统和元素组合形成的复杂机械系统，其组合是多层次的，各层次之间的联系也是不完全确定的对于相同的机械设备，由于其他条件不同，在相同输入下也难有完全相同的输出如相同的机械设备，其设计、制造、 安装和运行状态的实际条件不尽相同；相同的机械元件，其几何特性（如尺寸、 形状、表面化质量等）不可能完全一样，机械元件之间的联系（如配合间隙或过盈量、位置精度、润滑状态及生产过程参数等）也不可能完全相同等。
因而机械设备发生故障的原因有多方面因素，主要有：（1）设备设计不当（如结构不合理、动态特性差等） ；（2） 机械制造与装配不当 （加工误差大、 配合性质不合理等） ； （3）设备安装不当（与相关设备的连结超差、基础变形等） ；（4）设备维修措施不当（维修过程改变或破坏了设备原有的动态特性和配合性质等） ；（5）设备运行状态不当（润滑状态不良，工艺过程参数不匹配等） ；（6）设备劣化（设备经长期运行，其零部件发生应力集中及磨损等） ；（7）设备操作不当（违章改变工况、超负荷运行、启停机不符合操作规程等） 由此可知：设备故障来源于设备全寿命的各个阶段，故障原因往往不是单一因素，而可能是多种因素的耦合结果 所以故障有多种多样，且故障与其征兆也往往不是一一对应的目前机械设备故障诊断技术的主要内容为：（1）采用适当的检测方式，选择设备合适的部位，获取设备运行状态信息；（2）提取设备故障征兆；（3）识别设备运行状态是否正常，进行早期诊断和预报；（4）确认故障部位、程度、原因和性质；（5）提出治理和控制故障措施，防止或消除故障；（6）提出设备维修方法和措施；（7）对设备的原设计、制造、装配等提出改进措施。
设备故障诊断技术不仅是设备运行和维修的新技术，同时也可直接提高和改进设备的产品质量、制造和安装水平等，并为保障设备的安全、稳定、长周期、满负荷、优质运行，防止或消除设备故障提供科学依据4 故障诊断在火电厂热力系统中的应用故障诊断在火电厂热力系统中的应用目前故障诊断在火电厂热力系统中的应用主要如表 1 中所列，其中后几种属于集成诊断系统，不仅包括诊断对象的集成，还包括诊断方法的集成在上述各种应用当中，除汽轮发电机组故障诊断（从旋转机械角度考虑）的研究较多、技术成熟以外，其它设备和系统的故障诊断大多仍处于理论研究阶段，已投入实际应用的并不多见在电力生产中比较成功并已商业化的例子是美国Westinghouse 公司开发的 DOC 系统，该系统经过几年的研究已经从最早的一个发电机人工智能诊断系统扩展增加了汽轮机人工智能诊断系统和电厂水化学人工智能诊断系统Louisiana Power&Light Co.公司在其所属的 Ninemile Point 电站应用该系统后取得了良好的经济效益，效益费用比达 9.4:1表 1 故障诊断方法在火电厂热力系统中的应用诊断对象诊断方法汽轮发电机组神经网络、专家系统常规锅炉广义故障树与专家系统相结合、 模糊推理与专家系统相结合凝汽器随机径向基函数网络、模糊诊断、模糊神经网络、神经网络除氧器基于知识的专家系统加热器多层前馈和径向基函数网络、两级神经网络故障诊断系统回热系统模糊方法、神经网络、专家系统循环流化床锅炉深、浅知识相结合的专家系统综合型诊断系统专家系统从表 1 中可以看出，目前在电厂热力系统故障诊断中常用的方法主要有以下几种。
4.1 模糊判别模糊判别模糊判别是基于知识的故障诊断方法，不需要对象的精确数学模型，而且具有某些“智能”特性，因此将基于知识的方法应用于电厂的故障诊断是一个发展方向，具有广泛的技术、经济意义模糊判别根据模糊关系矩阵建立被诊断对象的特征集上的模糊矢量与故障状态集上的模糊矢量之间的映射关系，即：（在这里代表某一种模糊运算）再根据判断准则大致判断有无故障其技术难点在于建立有效充分的特征集和故障状态集，对于新出现的故障不能作出有效的判断4.2 故障树分析故障树分析故障树分析法是一种针对某个特定的不希望发生事件的演绎推理分析：将系统故障形成的原因从整体至部分，按树状逐级细化分析，即从顶层事件到底层事件，由果求因建立系统的完善可靠的故障树分析模型需要对研究对象的设计结构、运行特性有透彻的了解，这样诊断系统结构复杂，通用性较差4.3 人工神经网络人工神经网络人工神经网络是在现代神经生理学和心理学的研究基础上，模拟人的大脑神经元结构特性而建立的一种非线性动态网络系统，对人脑的某些基本特性进行低层次模拟，从而具有联想、记忆、推理能力人工神经网络由于具有很强的学习能力而受到了广泛的重视，几乎每一个热力系统的诊断对象在建立诊断模型时，都有人应用神经网络的方法。
人工神经网络的诊断结果取决于训练样本的准确性和充分性，但对于电厂的热力系统而言，具体的机组、设备很难获得足够的样本，而同类机组和设备之间即使参数相同也会因制造、安装和改造等因素而有所差别，这就使得神经网络在实际应用中受到很大的限制4.4 专家系统专家系统专家系统(Expert System，简记 ES)也称为基于知识的系统，是人工智能领域的三大前沿(专家系统、模式识别和智能机器人)的一个分支，它大量利用专家知识和推理、模拟专家的决策能力来解决只有专家才能解决的问题专家系统的研制促进了人工智能理论和技术的发展，开辟了计算机求解非数值问题的有效途径应用专家系统进行火电厂的故障诊断时，其主要特点体现在以下方面：(1)应用专家系统组织汇集电力系统专家的知识和经验，不仅可以提高整个电厂人员的技术水平，而且可以把这些知识和经验储存于知识库中，以实现全系统知识的共享；(2)专家系统常常是若干个专家知识和经验的总和，因此，它的决策水平肯定会高于个别专家；(3)专家系统的工作是由计算机完成的，它能快速、有效、不知疲倦地工作，不受环境、情绪等因素的影响，决策一般不会出错，可靠性较高，可避免人为失误造成的重大经济损失；(4)专家系统具有解释功能，可担负训练高级技术人员的任务，有利于电力系统人才的培养和素质的提高。
专家系统的核心是“知识” ，从一定意义上说，知识的获取、知识的表示和知识的运用构成了专家系统开发的整个核心内容专家系统是一种基于知识的人工智能诊断系统，是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂实际问题的人工智能计算机程序在专家系统中，已有知识从推理过程中分离出来，使得在推理机制不变的条件下，通过改变知识元就可以使系统适应新的情况，从而使系统具有很强的适应性和灵活性上述各种方法各有优缺点，将这些方法有机结合应用于故障诊断，可以起到互补作用，取得更好的效果，其中以智能专家系统为核心的综合方法更为引人注目5 火电厂主要设备的典型故障及其诊断方法火电厂主要设备的典型故障及其诊断方法5.1 锅炉的主要故障及诊断方法锅炉的主要故障及诊断方法5.1.1 主要故障主要故障①过热器泄漏②省煤器泄漏③水冷壁泄漏④除尘器故障5.1.2 诊断方法诊断方法在锅炉故障诊断中，物理诊断方法有：红外测温技术，具体应用范围有锅炉火焰和燃烧状态进行辨别与控制、热力设备疲劳损伤、热力设备热机械学特征规律、熟力系统漏热及保温进行诊断与评价、锅炉热污染控制等；超声波诊断方法，它可用来监视炉膛上部区域的烟气温度，决定何时进行吹灰操作，保持锅炉良好的运行性能，监视炉膛各个燃烧器区域附近烟气温度，有助于识别和清除燃烧器故障导致的燃烧工况异常，同时可对污染物生成有重要影响的温度的优化控制，实现清洁燃烧：无损伤检测技术是指对材料、部件进行的非破坏检测，以期发现表面和内部缺陷的一项技术。
数学诊断方法有故障树诊断法、模糊诊断方法等在诊断系统方面，主要有清华大学研究开发的大型电站锅炉远程监测与故障诊断系统，华中科技大学研究开发的循环流化床锅炉监测与状态诊断专家系统等5.2 汽轮机组的主要故障汽轮机组的主要故障5.2.1 汽轮机的主要故障汽轮机的主要故障①不平衡②不对中③转子碰摩④叶片脱落5.2.2 发电机的主要故障发电机的主要故障①油膜振荡②定子线圈绝缘故障③定子线圈过热主要是由于制造或安装过程中某些缺陷使匝问短路，造成局部过热④转子绕组故障5.3 变压器的主要故障及诊断方法变压器的主要故障及诊断方法5.3.1 主要故障主要故障①线圈匝间短路主要原因是绝缘老化、散热不良或长期过负荷，由于短路电动力损伤匝间绝缘，绕组的材料或工艺方面的缺陷，进水受潮，大气或操作过电压的袭击②绕组断线主要原因有短路电动力使线圈断线，焊接不良，匝间短路③绕组对地击穿主要原因有主绝缘的老化，绝缘油受潮，绕组内有杂质进入，过电压短路时线圈变形损坏，因冷却系统故障、冷却油道堵塞、保护失灵从而产生整体或局部过热以致绝缘损坏④绕组相间短路主要原因与对地击穿相似，也可能是引线问或套管问短路，油面过低5.3.2 诊断方法诊断方法在变压器故障诊断中，常用的方法有振动分析法、油中气体分析法、局部放电法、恢复电压法、频率响应分析法以及红外诊断技术等。
目前应用较多的主要是红外诊断技术在诊断系统方面，国内外学者和研究单位在这方面进行了大量的工作，已经研制出了具有故障检测和初步诊断功能的专家系统，如河南电力试验研究所开发研究的电力变压器故障诊断微机专家系统此外，国内有许多著名高校正在从事这方面的研究，取得了巨大的理论成果6 目前火电厂设备故障诊断存在的问题及可能的解决办法目前火电厂设备故障诊断存在的问题及可能的解决办法6.1 目前火电厂设备故障诊断存在的问题目前火电厂设备故障诊断存在的问题目前虽然有许多诊断方法和诊断系统应用于火电厂设备的故障诊断，并取得了很好的应用效果，但在实际应用时也存在着不少的问题，主要表现在以下几个方面6.1.1 。