王 波

（寧夏國(guó)華寧東發(fā)電有限公司，寧夏 銀川750408）

0 引言

汽輪機(jī)是發(fā)電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)和特殊的運(yùn)行環(huán)境使其非常容易發(fā)生異常振動(dòng)等故障，這給電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成了非常不利的影響。因此，加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的研究，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和供電質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 汽輪機(jī)故障診斷要點(diǎn)

1.1 故障推理機(jī)的開(kāi)發(fā)

作為故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵，故障的推理診斷是指系統(tǒng)如何利用有限的特征指標(biāo)來(lái)完成對(duì)故障判斷分析的過(guò)程，其良好作用的發(fā)揮將直接關(guān)系到診斷系統(tǒng)的性能和診斷決策的準(zhǔn)確性。而目前正應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有關(guān)系統(tǒng)推理過(guò)程的研究，并開(kāi)發(fā)新的推理方法或?qū)⒃械耐评矸椒ㄟM(jìn)行融合改進(jìn)，提供互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，從而提高推理決策的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.2 故障機(jī)理的分析

維修人員要對(duì)故障進(jìn)行診斷首先要了解故障發(fā)生的機(jī)理。目前對(duì)故障機(jī)理的分析還嚴(yán)重不足，維修人員難以獲取全面的故障及征兆數(shù)據(jù)庫(kù)。例如，在汽輪機(jī)中，機(jī)組軸系在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而由基礎(chǔ)、支撐和轉(zhuǎn)子組成的振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，維修人員利用相關(guān)的振動(dòng)特性理論和分析系統(tǒng)仍不能完全掌握和了解各種激勵(lì)條件下部件的響應(yīng)情況。

1.3 信息融合技術(shù)的運(yùn)用

信息融合技術(shù)是一種將多源信息進(jìn)行綜合處理的技術(shù)，其能夠功能化合成來(lái)源于同一目標(biāo)的多種信息，相比單一信息的分析監(jiān)測(cè)具有更高的準(zhǔn)確性和安全性。故障診斷系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)診斷對(duì)象的運(yùn)行過(guò)程信息和各種已有信息進(jìn)行全面比較來(lái)進(jìn)行診斷的，在研究過(guò)程中加強(qiáng)決策、特征等信息融合技術(shù)的應(yīng)用可以改善系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠度。

1.4 故障信息的表征

將提取到的大量故障信息進(jìn)行合理的表征，才能使其與專家知識(shí)良好融合，建立優(yōu)質(zhì)的知識(shí)框架。信息表征可采用數(shù)字和符號(hào)2種方式，而專家知識(shí)多采用網(wǎng)絡(luò)式、產(chǎn)生式、框架式和語(yǔ)義式4種模式，二者各有優(yōu)勢(shì)和缺陷，如何進(jìn)行有機(jī)結(jié)合將是故障診斷中的研究重點(diǎn)。

1.5 獲取故障特征

獲取故障的有關(guān)特征是故障診斷的重要環(huán)節(jié)，故障特征的充分全面提取可以大幅度提高故障診斷效率。因此，故障診斷中要利用ANC技術(shù)、高性能濾波技術(shù)、ANN噪聲消除技術(shù)、相位補(bǔ)償技術(shù)和FFT譜線修正技術(shù)等提高故障特征信息獲取的精確性。

2 汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)

2.1 凝汽器性能診斷技術(shù)

內(nèi)部飽和蒸汽壓力持續(xù)增加是凝汽器運(yùn)行異常的主要表現(xiàn)，其產(chǎn)生原因可能是冷卻水管內(nèi)壁積聚大量污垢降低了水管的傳熱性能或冷卻水量不足所致。因此應(yīng)將冷卻水管臟污系數(shù)作為判斷管壁清潔程度的主要指標(biāo)，利用臟污系數(shù)研發(fā)出能夠監(jiān)視凝汽器性能的診斷裝置。診斷流程主要由輸入、演算、控制和輸出4部分組成，診斷信息主要包括器內(nèi)壓力、器內(nèi)溫度、發(fā)電端動(dòng)力、冷卻水流量、管壁熱流速和冷卻水溫度；可利用溫度傳感器、超聲波流量傳感器等對(duì)溫度差異情況和冷卻水量情況等進(jìn)行準(zhǔn)確檢查?？紤]到實(shí)際測(cè)得的傳熱系數(shù)還會(huì)受到水溫、冷卻水量和熱負(fù)荷等因素的影響，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一假定數(shù)值進(jìn)行修正，然后把設(shè)計(jì)中的真空度和實(shí)際測(cè)得的真空度進(jìn)行相對(duì)值和絕對(duì)值的比較，以確定管壁的清潔程度。性能分析的結(jié)果會(huì)通過(guò)錄音器或錄音圖進(jìn)行收錄，當(dāng)其結(jié)果相比預(yù)設(shè)下限值較低時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。另外，還可以根據(jù)管壁清潔程度確定凝汽器定期清洗的周期，并綜合評(píng)價(jià)清潔前后的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。采用熱流束監(jiān)視冷卻水管壁，即通過(guò)測(cè)量冷卻水管外熱流束的方法也可以準(zhǔn)確判斷管壁清潔程度。現(xiàn)今制造的HIDIE－08型微波顯像儀可以直接對(duì)凝汽器的運(yùn)行工作指標(biāo)和狀況進(jìn)行監(jiān)視，并能夠分析異常狀態(tài)、診斷經(jīng)濟(jì)性能、報(bào)告處理方法，該裝置的使用不僅能夠節(jié)省資源成本，還能大大提高凝汽器的運(yùn)行質(zhì)量和可靠性。

2.2 軸承診斷技術(shù)

在軸承故障中，軸承偏斜和軸承荷載變動(dòng)是最難診斷和處理的。軸承偏斜會(huì)提高軸承燒毀的可能性，軸承荷載超出正常范圍會(huì)引起軸承燒毀。另外，在軸承低速運(yùn)行過(guò)程中，由于沒(méi)有形成均勻的油膜，會(huì)使部分金屬間接觸摩擦，引起軸承燒毀。通過(guò)相應(yīng)的軸承診斷裝置可以提前發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高軸承的運(yùn)行質(zhì)量。

軸承故障診斷中使用了變位計(jì)和荷重傳感器2種傳感裝置，為了提高診斷的可靠性，還應(yīng)對(duì)軸承溫度和油膜壓力進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)設(shè)置在軸承兩端的4個(gè)變位計(jì)可以順利測(cè)出軸承傾斜的具體數(shù)值；通過(guò)測(cè)量軸承溫度上升的情況，可以準(zhǔn)確測(cè)量低速段金屬的摩擦情況。相關(guān)試驗(yàn)研究表明，測(cè)量軸承溫度和監(jiān)控軸承油膜壓力能夠提高軸承故障診斷的可靠性。

該裝置的功能主要包括金屬摩擦診斷、傾斜診斷、荷載變動(dòng)診斷等，并且測(cè)量數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。具體如下：（1）軸承金屬研磨檢測(cè)。當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與靜止部分發(fā)生研磨時(shí)可通過(guò)軸承油膜進(jìn)行檢測(cè)，還可通過(guò)辨別回轉(zhuǎn)噪聲是否出現(xiàn)異常進(jìn)行輔助檢測(cè)。金屬研磨檢測(cè)裝置能夠在回轉(zhuǎn)周波與檢波信號(hào)周波運(yùn)動(dòng)幅度大致相同時(shí)檢測(cè)出研磨狀況，并通過(guò)分析2個(gè)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差異確定轉(zhuǎn)子軸承的研磨部位。（2）軸承傾斜檢測(cè)。軸承偏斜會(huì)引起低周波信號(hào)和高周波信號(hào)的振幅重疊，通過(guò)帶通濾波器檢測(cè)增幅后的AE信號(hào)，就可識(shí)別到軸承的傾斜故障。（3）軸承金屬接觸檢測(cè)。軸承金屬在發(fā)生接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的AE波形。輕微接觸的金屬由于潤(rùn)滑油的缺失會(huì)發(fā)生周期性接觸。通過(guò)金屬接觸診斷回路，采用高標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)金屬接觸的初期狀況和高低標(biāo)準(zhǔn)之比檢測(cè)軸承損傷過(guò)程，即可完成對(duì)金屬接觸的檢測(cè)。

2.3 小波分析技術(shù)

小波分析技術(shù)擁有良好的還原性和信號(hào)去噪性能，在大量背景噪聲或信噪比較低的信號(hào)處理和分析中比較常用；根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和小波分析技術(shù)合成的智能分析技術(shù)，為汽輪機(jī)的故障診斷和分析提供了重要手段。目前研究較多的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷和前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷，其診斷策略主要為：利用模糊關(guān)聯(lián)度進(jìn)行多參數(shù)診斷；利用模糊診斷進(jìn)行通流熱參數(shù)、轉(zhuǎn)子磨碰和振動(dòng)故障診斷。

3 汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展方向

3.1 大規(guī)模監(jiān)測(cè)診斷中心

同一電力系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)常會(huì)有多個(gè)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，建立大規(guī)模監(jiān)測(cè)診斷中心可以恰當(dāng)調(diào)度機(jī)組負(fù)荷；能夠提供多個(gè)機(jī)組、多個(gè)電廠間的信息診斷共享，便于預(yù)測(cè)和分析；同時(shí)提供多機(jī)組的健康運(yùn)行指標(biāo)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.2 分層分布式診斷系統(tǒng)

汽輪機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能大部分是分層分布式，利用結(jié)構(gòu)間的層次關(guān)系，可以建立相應(yīng)的分層分布式診斷系統(tǒng)，并通過(guò)子診斷系統(tǒng)和總診斷系統(tǒng)共同控制。子診斷系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)子診斷任務(wù)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)；總診斷系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理診斷任務(wù)，即分解總體任務(wù)并將子診斷任務(wù)分配到各子診斷系統(tǒng)中，待子診斷任務(wù)完成后，總診斷系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析得出結(jié)論。此種系統(tǒng)具有診斷效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、推理速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)

現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)成為故障診斷發(fā)展的必經(jīng)之路。利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)，一方面可以實(shí)現(xiàn)診斷資源的共享，使專家在異地也能進(jìn)行汽輪機(jī)故障診斷，提高了故障診斷的質(zhì)量；另一方面實(shí)現(xiàn)了故障診斷系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，在提供大量診斷經(jīng)驗(yàn)和故障案例的同時(shí)，能夠協(xié)助維修人員快速提取故障數(shù)據(jù)，從而提高了故障診斷的效率，減少了人力資源的浪費(fèi)。

3.4 集成式故障診斷系統(tǒng)

當(dāng)前使用的故障診斷裝置其內(nèi)部推理方式較為單一，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)故障難以進(jìn)行全面的分析。集成式故障診斷系統(tǒng)能夠根據(jù)故障分析處理方式和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成多種推理模型，并進(jìn)行多種推理模型的融合，從而充分發(fā)揮各模型的推理優(yōu)勢(shì)，有利于提高診斷的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

故障診斷質(zhì)量將直接關(guān)系到汽輪機(jī)的正常運(yùn)行和使用壽命。因此，相關(guān)維修和技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)故障的分析，提高故障檢測(cè)和診斷水平，采取最優(yōu)決策處理運(yùn)行故障，以為汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提供保障。

［1］鄭大偉.淺議汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)［J］.黑龍江科技信息，2011（10）

［2］馬超，杜英杰，閆曉菊.淺談汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)及其發(fā)展遠(yuǎn)景［J］.黑龍江科技信息，2007（12）