汽輪機故障診斷技術探討

王 波

（寧夏國華寧東發電有限公司，寧夏 銀川750408）

0 引言

汽輪機是發電系統的重要設備，其復雜的設備結構和特殊的運行環境使其非常容易發生異常振動等故障，這給電力系統的正常運行造成了非常不利的影響。因此，加強對汽輪機故障診斷技術的研究，對于提高電力系統的運行效率和供電質量具有重要的現實意義。

1 汽輪機故障診斷要點

1.1 故障推理機的開發

作為故障診斷系統的關鍵，故障的推理診斷是指系統如何利用有限的特征指標來完成對故障判斷分析的過程，其良好作用的發揮將直接關系到診斷系統的性能和診斷決策的準確性。而目前正應加強對有關系統推理過程的研究，并開發新的推理方法或將原有的推理方法進行融合改進，提供互補優勢，從而提高推理決策的準確性和可靠性。

1.2 故障機理的分析

維修人員要對故障進行診斷首先要了解故障發生的機理。目前對故障機理的分析還嚴重不足，維修人員難以獲取全面的故障及征兆數據庫。例如，在汽輪機中，機組軸系在運行時會發生高速運轉，而由基礎、支撐和轉子組成的振動系統內部結構極其復雜，維修人員利用相關的振動特性理論和分析系統仍不能完全掌握和了解各種激勵條件下部件的響應情況。

1.3 信息融合技術的運用

信息融合技術是一種將多源信息進行綜合處理的技術，其能夠功能化合成來源于同一目標的多種信息，相比單一信息的分析監測具有更高的準確性和安全性。故障診斷系統是通過對診斷對象的運行過程信息和各種已有信息進行全面比較來進行診斷的，在研究過程中加強決策、特征等信息融合技術的應用可以改善系統的運行效率和可靠度。

1.4 故障信息的表征

將提取到的大量故障信息進行合理的表征，才能使其與專家知識良好融合，建立優質的知識框架。信息表征可采用數字和符號2種方式，而專家知識多采用網絡式、產生式、框架式和語義式4種模式，二者各有優勢和缺陷，如何進行有機結合將是故障診斷中的研究重點。

1.5 獲取故障特征

獲取故障的有關特征是故障診斷的重要環節，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、高性能濾波技術、ANN噪聲消除技術、相位補償技術和FFT譜線修正技術等提高故障特征信息獲取的精確性。

2 汽輪機故障診斷技術

2.1 凝汽器性能診斷技術

內部飽和蒸汽壓力持續增加是凝汽器運行異常的主要表現，其產生原因可能是冷卻水管內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。因此應將冷卻水管臟污系數作為判斷管壁清潔程度的主要指標，利用臟污系數研發出能夠監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壓力、器內溫度、發電端動力、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溫度差異情況和冷卻水量情況等進行準確檢查。考慮到實際測得的傳熱系數還會受到水溫、冷卻水量和熱負荷等因素的影響，應當根據設計標準對同一假定數值進行修正，然后把設計中的真空度和實際測得的真空度進行相對值和絕對值的比較，以確定管壁的清潔程度。性能分析的結果會通過錄音器或錄音圖進行收錄，當其結果相比預設下限值較低時就會發出警報。另外，還可以根據管壁清潔程度確定凝汽器定期清洗的周期，并綜合評價清潔前后的運轉狀況。采用熱流束監視冷卻水管壁，即通過測量冷卻水管外熱流束的方法也可以準確判斷管壁清潔程度。現今制造的HIDIE－08型微波顯像儀可以直接對凝汽器的運行工作指標和狀況進行監視，并能夠分析異常狀態、診斷經濟性能、報告處理方法，該裝置的使用不僅能夠節省資源成本，還能大大提高凝汽器的運行質量和可靠性。

2.2 軸承診斷技術

在軸承故障中，軸承偏斜和軸承荷載變動是最難診斷和處理的。軸承偏斜會提高軸承燒毀的可能性，軸承荷載超出正常范圍會引起軸承燒毀。另外，在軸承低速運行過程中，由于沒有形成均勻的油膜，會使部分金屬間接觸摩擦，引起軸承燒毀。通過相應的軸承診斷裝置可以提前發現故障征兆，提高軸承的運行質量。

軸承故障診斷中使用了變位計和荷重傳感器2種傳感裝置，為了提高診斷的可靠性，還應對軸承溫度和油膜壓力進行檢測。通過設置在軸承兩端的4個變位計可以順利測出軸承傾斜的具體數值；通過測量軸承溫度上升的情況，可以準確測量低速段金屬的摩擦情況。相關試驗研究表明，測量軸承溫度和監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、荷載變動診斷等，并且測量數據可以實時存儲。具體如下：（1）軸承金屬研磨檢測。當汽輪機的轉子與靜止部分發生研磨時可通過軸承油膜進行檢測，還可通過辨別回轉噪聲是否出現異常進行輔助檢測。金屬研磨檢測裝置能夠在回轉周波與檢波信號周波運動幅度大致相同時檢測出研磨狀況，并通過分析2個信號到達時間的差異確定轉子軸承的研磨部位。（2）軸承傾斜檢測。軸承偏斜會引起低周波信號和高周波信號的振幅重疊，通過帶通濾波器檢測增幅后的AE信號，就可識別到軸承的傾斜故障。（3）軸承金屬接觸檢測。軸承金屬在發生接觸時會產生較多的AE波形。輕微接觸的金屬由于潤滑油的缺失會發生周期性接觸。通過金屬接觸診斷回路，采用高標準檢測金屬接觸的初期狀況和高低標準之比檢測軸承損傷過程，即可完成對金屬接觸的檢測。

2.3 小波分析技術

小波分析技術擁有良好的還原性和信號去噪性能，在大量背景噪聲或信噪比較低的信號處理和分析中比較常用；根據神經網絡技術和小波分析技術合成的智能分析技術，為汽輪機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網絡診斷和前向神經網絡診斷，其診斷策略主要為：利用模糊關聯度進行多參數診斷；利用模糊診斷進行通流熱參數、轉子磨碰和振動故障診斷。

3 汽輪機故障診斷系統的發展方向

3.1 大規模監測診斷中心

同一電力系統內部經常會有多個機組同時運行，建立大規模監測診斷中心可以恰當調度機組負荷；能夠提供多個機組、多個電廠間的信息診斷共享，便于預測和分析；同時提供多機組的健康運行指標和運行數據。

3.2 分層分布式診斷系統

汽輪機內部系統的結構和功能大部分是分層分布式，利用結構間的層次關系，可以建立相應的分層分布式診斷系統，并通過子診斷系統和總診斷系統共同控制。子診斷系統負責對子診斷任務進行分析監測；總診斷系統負責管理診斷任務，即分解總體任務并將子診斷任務分配到各子診斷系統中，待子診斷任務完成后，總診斷系統進行綜合分析得出結論。此種系統具有診斷效率高、系統穩定性強、推理速度快等優點。

3.3 遠程網絡故障診斷系統

現代化網絡和通訊技術的發展，使遠程網絡故障診斷系統成為故障診斷發展的必經之路。利用遠程網絡故障診斷系統，一方面可以實現診斷資源的共享，使專家在異地也能進行汽輪機故障診斷，提高了故障診斷的質量；另一方面實現了故障診斷系統與網絡技術的融合，在提供大量診斷經驗和故障案例的同時，能夠協助維修人員快速提取故障數據，從而提高了故障診斷的效率，減少了人力資源的浪費。

3.4 集成式故障診斷系統

當前使用的故障診斷裝置其內部推理方式較為單一，對于復雜的系統故障難以進行全面的分析。集成式故障診斷系統能夠根據故障分析處理方式和經驗構成多種推理模型，并進行多種推理模型的融合，從而充分發揮各模型的推理優勢，有利于提高診斷的準確性。

4 結語

故障診斷質量將直接關系到汽輪機的正常運行和使用壽命。因此，相關維修和技術人員應當加強對汽輪機故障的分析，提高故障檢測和診斷水平，采取最優決策處理運行故障，以為汽輪機的安全運行提供保障。

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

［2］馬超，杜英杰，閆曉菊.淺談汽輪機故障診斷技術及其發展遠景［J］.黑龍江科技信息，2007（12）