余武高，衛(wèi) 健，安 城，李杰奇，胡 仲

（國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司分宜發(fā)電廠，江西新余 336615）

0 引言

智能火電廠近年來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)主要集中在鍋爐故障研究層面。在運(yùn)行過(guò)程中，如果設(shè)備出現(xiàn)大面積故障，將會(huì)影響機(jī)組的調(diào)峰能力，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)火電廠的電力負(fù)荷失調(diào)。作為整個(gè)火電廠汽水循環(huán)的核心設(shè)備，鍋爐給水泵故障已經(jīng)引起了各界的關(guān)注[1]。為了準(zhǔn)確定位故障，就需要先對(duì)故障點(diǎn)和給水泵的故障區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)和判斷，需要結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，包括歷史DCS 數(shù)據(jù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)易于出現(xiàn)故障的區(qū)段重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能火電廠鍋爐給水泵故障定位方法

1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法識(shí)別給水泵故障類型

通常由于智能火電廠鍋爐給水泵的外部應(yīng)用環(huán)境較差，導(dǎo)致給水泵的故障發(fā)生頻率較高。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用原理，根據(jù)給水泵的歷史數(shù)據(jù)，能夠得出相應(yīng)的故障特點(diǎn)，即區(qū)域性、關(guān)聯(lián)性及滯后性。當(dāng)給水泵所處鍋爐的爐膛壓力升高時(shí)，對(duì)應(yīng)的出口和入口溫度需要重點(diǎn)觀測(cè)，這樣就可以得到給水泵故障類型。從圖1 可以看出，火電廠鍋爐給水泵常見(jiàn)故障可以歸納為5種，在不同的場(chǎng)景下呈現(xiàn)出不同的特征。

圖1 火電廠鍋爐給水泵故障類型

給水泵內(nèi)部泄漏故障的原因主要是，部件中葉輪承受的進(jìn)口及出口壓力差值過(guò)大，導(dǎo)致葉輪與給水泵的密封環(huán)之間出現(xiàn)縫隙。傳輸?shù)囊后w出現(xiàn)回流現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致能量損失，則給水泵出力下降的計(jì)算公式為：

其中，P′和P分別表示給水泵出口流量和進(jìn)口流量，δ 表示給水泵在工作周期內(nèi)的揚(yáng)程。

根據(jù)式（1）的計(jì)算結(jié)果，將給水泵故障模擬成一個(gè)輸出層序列，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入時(shí)刻，可以得出給水泵故障結(jié)構(gòu)中隱藏層的活性值表達(dá)公式：

其中，r 表示循環(huán)神經(jīng)元向量，d 表示激活函數(shù)線性參數(shù)。此外，如果水中沉淀的微量雜質(zhì)沒(méi)有得到及時(shí)處理，那么就會(huì)逐漸造成濾網(wǎng)堵塞。在給水泵循環(huán)工作時(shí)，閥門(mén)的命令執(zhí)行錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法達(dá)到開(kāi)度閾值，從而加劇故障程度[2-3]。如果給水泵的零件潤(rùn)滑不到位，也會(huì)降低機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)效率，出現(xiàn)摩擦力增加、給水泵無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。在前置泵汽蝕的原因中，給水泵中除氧器出口壓力過(guò)低是重要誘因，也是給水泵技術(shù)參數(shù)異常的直接原因。

1.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化故障定位模式

將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智能火電廠鍋爐給水泵故障定位方法設(shè)計(jì)，能最大限度發(fā)揮大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。利用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)給水泵的運(yùn)行參數(shù)，在數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行定位處理。在給水泵檢修過(guò)程中，應(yīng)將連接的零件拆解，將檢修重點(diǎn)放在給水泵的前中心部分。為了避免元器件損壞故障，還需要測(cè)量給水泵葉輪內(nèi)孔和卡環(huán)，清理區(qū)間內(nèi)的隔板及平衡環(huán)?；痣姀S鍋爐通常會(huì)配備兩條汽動(dòng)給水泵[4]，為了精準(zhǔn)故障定位，需要及時(shí)獲取給水管路的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合給水泵的相似定理可知：

式（2）中，R 表示給水泵的轉(zhuǎn)速，S 表示體積流量，η 表示揚(yáng)程。在只考慮濾網(wǎng)對(duì)給水泵影響的條件下，閥門(mén)允許通過(guò)的最大質(zhì)量流量可以視作一個(gè)阻力元件。在這種情況下，僅采用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合是不夠的，需要考慮運(yùn)行過(guò)程中的壓差閾值，并保留給水泵流量擬合中的常數(shù)項(xiàng)。由于管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力不是一成不變的，因此還要結(jié)合以信號(hào)偏移為代表的一些不易發(fā)現(xiàn)的軟故障，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將軟故障的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行單獨(dú)提取并歸納，得出與設(shè)備故障相關(guān)聯(lián)的信息?；谏鲜雒枋?，完成、優(yōu)化智能火電廠鍋爐給水泵故障定位模式的步驟。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試的需要，對(duì)此次設(shè)計(jì)的智能火電廠鍋爐給水泵故障定位方法進(jìn)行有效性測(cè)試。以某智能火力發(fā)電廠為例，在2×660 MW 機(jī)組的條件下，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。鍋爐給水泵的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，其中THA（Turbine Heat Acceptance）為額定工況，即額定背壓、額定功率、額定進(jìn)汽參數(shù)、沒(méi)有補(bǔ)水。

為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在表1 給水泵參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)火電廠鍋爐的主給水裝置進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整。對(duì)于主給水冷卻步驟，先將除氧器中配出的氧氣轉(zhuǎn)換成飽和氣體并進(jìn)行能量交換，以飽和氣體作為再生產(chǎn)循環(huán)的主要能量。

表1 鍋爐給水泵技術(shù)參數(shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)選取3 種同類型的智能火電廠鍋爐給水泵故障定位方法進(jìn)行對(duì)比，另外兩種方法分別是，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障定位方法和基于改進(jìn)遺傳算法的故障定位方法。在不同的給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差條件下，分別對(duì)比3 種故障定位方法的漏報(bào)率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2～表4 所示。

根據(jù)表2～表4 可知，當(dāng)給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差為500 m3/h時(shí)，本文提出的故障定位方法，與另外兩種方法的漏報(bào)率均值分別為6.865 4%、13.278 0%和12.241 8%；當(dāng)給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差為200 m3/h 時(shí)，3 種方法的漏報(bào)率均值分別為12.982 0%、19.561 2%和20.486 7%：當(dāng)給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差為100 m3/h時(shí)，3 種方法的漏報(bào)率均值分別為15.168 9%、32.836 2%和31.191 1%。當(dāng)給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差升高時(shí)，故障定位方法的漏報(bào)率呈增加趨勢(shì)。本文提出的方法，漏報(bào)率始終低于另外兩種方法，說(shuō)明本文提出的方法在故障定位方面的結(jié)果較為準(zhǔn)確，具有一定實(shí)用性。

表2 給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差500 m3/h 時(shí)3 種方法的漏報(bào)率 %

表3 給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差200 m3/h 時(shí)3 種方法的漏報(bào)率 %

表4 給水泵進(jìn)口濾網(wǎng)壓差100 m3/h 時(shí)3 種方法的漏報(bào)率 %

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能火電廠鍋爐給水泵故障定位方法中，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)定位模式加以優(yōu)化，為智能火電廠的鍋爐給水泵故障定位提供了有力的學(xué)術(shù)支撐。受研究條件影響，未來(lái)還應(yīng)對(duì)這一故障定位方法的精度展開(kāi)詳細(xì)研究。