夏 靜，史恒惠，李海軍

(中電投河南電力有限公司，河南 鄭州 450001)

遠(yuǎn)程診斷技術(shù)在發(fā)電廠設(shè)備故障分析中的應(yīng)用

夏 靜，史恒惠，李海軍

(中電投河南電力有限公司，河南 鄭州 450001)

介紹了基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)，以遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)在汽輪機(jī)高壓加熱器運(yùn)行工況上的應(yīng)用為例，指出通過遠(yuǎn)程診斷技術(shù)可及時(shí)分析、判斷高壓加熱器的運(yùn)行狀況，給發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的早期預(yù)警，從而提升整個(gè)發(fā)電企業(yè)的設(shè)備管理及監(jiān)控水平。

遠(yuǎn)程診斷技術(shù)；高壓加熱器；狀態(tài)評(píng)估；早期預(yù)警

0 引言

隨著電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展，發(fā)電企業(yè)對(duì)設(shè)備安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及使用壽命的要求越來越高，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的需要?；谖锫?lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)(機(jī)電裝備)遠(yuǎn)程診斷服務(wù)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)”)可以將分布于不同地域、不同企業(yè)的數(shù)據(jù)集中采集、存儲(chǔ)和挖掘，并在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)的知識(shí)庫(kù)模型、案例分析模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障及異常的早期預(yù)警和診斷。

1 遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)通過不低于2M的專線網(wǎng)絡(luò)，將診斷對(duì)象的SIS(監(jiān)控信息系統(tǒng))實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備點(diǎn)檢、MIS(管理信息系統(tǒng))等管理數(shù)據(jù)集中采集、存儲(chǔ)和挖掘，并在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)知識(shí)庫(kù)模型、安全分析模型，不斷積累設(shè)備診斷和故障分析經(jīng)驗(yàn)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系完善的數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備建立診斷分析模型，采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)的監(jiān)視和故障診斷；被監(jiān)視對(duì)象的實(shí)際值時(shí)刻通過每2 s一次的模型計(jì)算與在同等工況下的期望值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，實(shí)際值與期望值的對(duì)比如圖1所示。報(bào)警不再只是在絕對(duì)限值被超過時(shí)才產(chǎn)生，而是大大提前，只要當(dāng)測(cè)量值偏離了正常運(yùn)行值就會(huì)報(bào)警。這與傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)(分布式控制系統(tǒng))基于固定限值產(chǎn)生的報(bào)警不同，能夠監(jiān)視相對(duì)于正常運(yùn)行狀態(tài)的任何偏差，在破壞性故障真正發(fā)生之前就能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障并定位故障。

圖1 遠(yuǎn)程診斷技術(shù)報(bào)警原理

2 應(yīng)用介紹

2.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠2×1 000 MW汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號(hào)為N1030-25/600/600。系統(tǒng)配置3臺(tái)高壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱“高加”)，100 %容量，臥式單列雙流程布置。該廠1號(hào)機(jī)組于2010年10月投產(chǎn)，并在2014年2月的第1次A級(jí)檢修中進(jìn)行了低溫省煤器的節(jié)能改造，凝結(jié)水由7號(hào)低加出口凝結(jié)水管道引出至低溫省煤器，經(jīng)煙氣加熱后送回至6號(hào)低加進(jìn)口凝結(jié)水管道。

通過遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)對(duì)該廠高加建立診斷模型進(jìn)行運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)，診斷模型測(cè)點(diǎn)包括機(jī)組負(fù)荷、各高加溫升及高加上下端差。

2.2 故障現(xiàn)象

2014-04-17，該廠1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修后啟動(dòng)并網(wǎng)，并投入低溫省煤器運(yùn)行，各高加運(yùn)行正常，給水溫度與設(shè)計(jì)值一致。2014年7月，通過遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)發(fā)現(xiàn)1號(hào)高加上端差及進(jìn)、出水溫升開始偏離正常工況并逐月增大，劣化趨勢(shì)明顯。至2015年3月，1號(hào)高加上端差達(dá)14 ℃，在1 000 MW工況下給水溫度僅為287.1 ℃，較設(shè)計(jì)值296.9 ℃偏低9.8 ℃。具體趨勢(shì)見圖2和圖3，由此可明顯看出設(shè)備的劣化趨勢(shì)，從而在故障發(fā)生的早期階段及時(shí)向電廠人員發(fā)出預(yù)警。通過與電廠人員溝通，分析高加出現(xiàn)故障的原因，初步判斷為高加水側(cè)管束結(jié)垢或水室隔板泄漏，水側(cè)短路。

2015年4月，利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)1號(hào)高加水室進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)1號(hào)高加鋼管結(jié)垢，存在嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，造成水室隔板前后壓差增大；隔板焊縫出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致部分高壓給水短路。

2.3 原因分析

圖2 遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)1號(hào)高加上端差曲線

圖3 遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)1號(hào)高加溫升曲線

通過對(duì)1號(hào)高加入口處垢樣的初步檢測(cè)分析，垢質(zhì)較疏松，其主要成分是鐵的混合物，鐵含量為66.6 %，成分主要是Fe2O3(鐵銹的主要成分)，其余為硅等雜質(zhì)。經(jīng)了解，2015-04-17，1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修后啟動(dòng)并網(wǎng)，汽水指標(biāo)合格。4月24日，低溫省煤器循環(huán)沖洗后，給水及主蒸汽硅含量快速升高，人工取樣檢測(cè)給水硅含量591 μg/L，主蒸汽硅達(dá)1 674 μg/L，立即解列低溫省煤器繼續(xù)沖洗，給水及主蒸汽硅含量緩慢下降，至4月29日合格。待連續(xù)沖洗1周后，再次投入低溫省煤器，給水指標(biāo)正常。檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)低溫省煤器的旁路管道(長(zhǎng)度約30 m)及閥門沒有進(jìn)行酸洗，故判斷高加水側(cè)結(jié)垢的主要原因?yàn)榈蜏厥∶浩魍度霑r(shí)，旁路部分積存的鐵銹及雜質(zhì)進(jìn)入水汽系統(tǒng)而造成系統(tǒng)污染。

因低溫省煤器投入時(shí)給水品質(zhì)不合格，硅超標(biāo)嚴(yán)重，為給水硅合格標(biāo)準(zhǔn)(≤10 μg/L)的數(shù)十倍。3號(hào)高加運(yùn)行溫度為150-210 ℃，2號(hào)高加運(yùn)行溫度為173-260 ℃，1號(hào)高加運(yùn)行中溫度為213-297 ℃，給水中硅的溶解度在190 ℃時(shí)最大，因此，給水經(jīng)過3號(hào)和2號(hào)高加時(shí)，溶解度較大;經(jīng)過1號(hào)高加時(shí)，溶解度最小，析出物沉積在1號(hào)高加鋼管內(nèi)。而高加鋼管直徑較小(高加鋼管規(guī)格為Φ16×2.5)，硅沉積后，造成通流面積減少，其他雜質(zhì)逐漸堵塞在鋼管進(jìn)口及內(nèi)部。1，2，3號(hào)高加管側(cè)壓降設(shè)計(jì)值分別為0.067 MPa，0.073 MPa，0.072 MPa，由于管側(cè)壓降較小，水室隔板按0.2 MPa左右設(shè)計(jì)，強(qiáng)度較低。由于鋼管堵塞，造成1號(hào)高加進(jìn)出口差壓逐漸增大，超過了隔板設(shè)計(jì)值，造成隔板變形、焊縫開裂，給水出現(xiàn)短路情況。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，隔板變形越來越嚴(yán)重，給水溫度逐漸降低也說明了隔板的泄漏量逐漸增大。

2.4 結(jié)論

通過分析該廠高加故障的案例可以看出，遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)可以在發(fā)電廠設(shè)備故障形成的早期階段，早于電廠運(yùn)行及管理人員，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高加的性能劣化。針對(duì)1號(hào)機(jī)高加出現(xiàn)結(jié)垢及水室隔板泄漏故障的原因，該廠在進(jìn)行2號(hào)機(jī)低溫省煤器改造后，在酸洗前特地對(duì)低溫省煤器旁路部分的管道及閥門進(jìn)行了機(jī)械及化學(xué)清洗，因而在低溫省煤器投入運(yùn)行時(shí)，沒有對(duì)汽水指標(biāo)造成影響，避免了2號(hào)機(jī)高加出現(xiàn)類似情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

從遠(yuǎn)程診斷技術(shù)在汽輪機(jī)高加故障分析上的應(yīng)用可以看出，遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行機(jī)組實(shí)時(shí)參數(shù)的采集、建模和訓(xùn)練，對(duì)越限參數(shù)進(jìn)行報(bào)警提示，在破壞性故障真正發(fā)生之前的早期階段就能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和定位故障，從而可實(shí)現(xiàn)設(shè)備性能劣化分析及設(shè)備狀態(tài)評(píng)估，做到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，消除設(shè)備隱患，對(duì)保證發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。

1 陳兆慶，王保田，曹景芳，等．大型火電機(jī)組高壓加熱器典型故障分析[J]．發(fā)電設(shè)備，2005，19(3):174-176.

2 謝小軒，張 浩，陳 恒，等．遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2001，(6):4-6.

3 鄧宏貴，羅 安，劉雁群，等．電力關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(5):51-54.

2016-04-24；

2016-07-09。

夏 靜(1980-)，女，工程師，主要從事汽輪機(jī)運(yùn)行及遠(yuǎn)程診斷、分析工作，email：kfdcxj@163.com。

史恒惠(1975-)，女，工程師，主要從事鍋爐運(yùn)行及遠(yuǎn)程診斷、分析工作。

李海軍(1973-)，男，工程師，主要從事鍋爐、環(huán)保運(yùn)行及遠(yuǎn)程診斷、分析工作。