設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用

張凡志，陶良福，過小玲

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 318016）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)地發(fā)展，發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行過程中的故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)已成為保障系統(tǒng)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性和可靠性的重要手段[1-3]。電力生產(chǎn)工作連續(xù)性強(qiáng)、安全可靠性要求高，而在設(shè)備的日常維護(hù)和安裝調(diào)試過程中，會(huì)遇到各種復(fù)雜的設(shè)備故障，僅靠耳聽、手摸、簡(jiǎn)單儀器測(cè)量的原始方法，不能準(zhǔn)確地判斷故障發(fā)生的原因[4]。而通過使用設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以逐步掌握關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)易損部件的工況惡化趨勢(shì)，促使設(shè)備管理部門合理地安排易損設(shè)備的預(yù)防檢修計(jì)劃，避免因?yàn)橥话l(fā)設(shè)備故障造成經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。

1 故障診斷系統(tǒng)在電廠的建立

浙江能源集團(tuán)于2009年開始引進(jìn)并開發(fā)設(shè)備故障預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目，臺(tái)州發(fā)電廠在2013年11月20日開始使用設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、磨煤機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、鍋爐蒸汽系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等生產(chǎn)關(guān)鍵系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，每臺(tái)機(jī)組分別采集約800～1500點(diǎn)不等的反應(yīng)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)點(diǎn)作為該系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。

2 故障診斷系統(tǒng)在電廠的實(shí)際應(yīng)用

臺(tái)州發(fā)電廠廠領(lǐng)導(dǎo)非常重視設(shè)備故障預(yù)警系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用，該廠的四臺(tái)機(jī)組均裝有設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在2013年～2014年機(jī)組技改項(xiàng)目較多、設(shè)備狀況復(fù)雜的情況下，加強(qiáng)了對(duì)重點(diǎn)部位的定點(diǎn)、定時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)預(yù)警在線跟蹤分析，消除了多起設(shè)備隱患事故。通過使用設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員不易發(fā)現(xiàn)或者注意到的預(yù)警事件，便于設(shè)備管理人員有效安排檢修項(xiàng)目，為機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供有力保障。

2.1 在風(fēng)煙系統(tǒng)的應(yīng)用案例

以該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在臺(tái)州發(fā)電廠#8機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)中的一次溫度高偏差預(yù)警為例，簡(jiǎn)要介紹該系統(tǒng)在電廠設(shè)備中的使用，如圖1。在風(fēng)煙系統(tǒng)中，采集A、B兩側(cè)送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、脫硫增壓風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的軸承溫度測(cè)點(diǎn)、進(jìn)出口風(fēng)煙壓差測(cè)點(diǎn)、風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)葉片位置測(cè)點(diǎn)、風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)煙流量測(cè)點(diǎn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來分析判斷。如圖1，預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，臺(tái)州發(fā)電廠8號(hào)機(jī)組A側(cè)空氣預(yù)熱器導(dǎo)向軸承溫度偏高，出現(xiàn)預(yù)警事件，預(yù)警類型為高偏差預(yù)警。

為了解預(yù)警偏差值，可以在該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中查看預(yù)警點(diǎn)趨勢(shì)圖，如圖2。圖2顯示，#8機(jī)組A側(cè)空氣預(yù)熱器導(dǎo)向軸承溫度（溫度測(cè)點(diǎn)編TZ.DCS08:TE1515）實(shí)測(cè)值（曲線1）略偏離該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模型預(yù)估值（曲線2），系統(tǒng)發(fā)出高偏差預(yù)警信息（曲線3）。查看A側(cè)空氣預(yù)熱器相關(guān)參數(shù)如空氣預(yù)熱器軸承潤(rùn)滑油進(jìn)油流量及壓力等均正常，通過預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)查詢8號(hào)機(jī)組B側(cè)空氣預(yù)熱器軸承潤(rùn)滑油進(jìn)油流量及壓力顯示正常，判斷A側(cè)空氣預(yù)熱器導(dǎo)向軸承潤(rùn)滑油冷卻器存在冷卻水回路散熱不暢的現(xiàn)象，說明冷卻水回路管路內(nèi)可能存在氣阻或污垢。

在常規(guī)運(yùn)行人員監(jiān)控過程中，由于該導(dǎo)向軸承溫度并未出現(xiàn)大的波動(dòng)，其偏差絕對(duì)值遠(yuǎn)未達(dá)到常規(guī)形式的故障報(bào)警設(shè)定值，不易引起運(yùn)行監(jiān)控人員的注意，屬于潛在故障。通過預(yù)警信息，運(yùn)行人員可以選擇增大空氣預(yù)熱器軸承潤(rùn)滑油冷卻器冷卻水進(jìn)、出口閥門開度的方式來降低空氣預(yù)熱器導(dǎo)向軸承潤(rùn)滑油溫度，進(jìn)而降低空氣預(yù)熱器導(dǎo)向軸承溫度。同樣，設(shè)備管理人員通過了解預(yù)警信息，可以針對(duì)性地做好機(jī)組檢修計(jì)劃，安排在檢修期間對(duì)該冷卻水回路管道進(jìn)行割管檢查管內(nèi)結(jié)垢情況，決定是否更換管路。

圖1 預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在臺(tái)州發(fā)電廠#8機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)中的應(yīng)用Fig.1 Early warning monitoring system applied in wind and smoke system of Taizhou power plant #8 unit

圖2 臺(tái)州發(fā)電廠#8機(jī)組A側(cè)空氣預(yù)熱器預(yù)警點(diǎn)趨勢(shì)圖Fig.2 Air preheater in Taizhou power plant #8 unit side a warning trend chart

圖3 臺(tái)州發(fā)電廠#10機(jī)組末級(jí)過熱器壁溫預(yù)警點(diǎn)趨勢(shì)圖Fig.3 Wall temperature for last stage superheater of Taizhou power plant#10 unit warning point charts

2.2 在鍋爐蒸汽系統(tǒng)的應(yīng)用

鍋爐受熱面管包括省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器，簡(jiǎn)稱“四管”。“四管”泄漏是造成電廠非正常停機(jī)的最普遍、最常見的形式，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性[6]。

在機(jī)組運(yùn)行過程中，設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采集鍋爐末級(jí)過熱器、屏式過熱器、末級(jí)再熱器、屏式再熱器等受熱面管壁溫測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)過熱器和再熱器的壁溫測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，能有效地掌握管屏的溫度分布和超溫情況，為運(yùn)行控制提供依據(jù)。

以臺(tái)州發(fā)電廠#10機(jī)組末級(jí)過熱器4個(gè)壁溫測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行說明，從上到下依次是末級(jí)過熱器壁溫測(cè)點(diǎn)1、13、15、23，如圖3所示。壁溫測(cè)點(diǎn)1趨勢(shì)圖中，其中曲線1為實(shí)際值，曲線2為預(yù)估值，測(cè)點(diǎn)1溫度偏差絕對(duì)值小，不形成報(bào)警事件。在壁溫測(cè)點(diǎn)13趨勢(shì)圖中，出現(xiàn)了低偏差預(yù)警值零星離散點(diǎn)3，運(yùn)行不予處置，但該離散點(diǎn)消失；在壁溫測(cè)點(diǎn)15趨勢(shì)圖中，出現(xiàn)壁溫高偏差報(bào)警，如曲線4所示，經(jīng)過運(yùn)行人員根據(jù)壁溫測(cè)點(diǎn)反應(yīng)的高偏差報(bào)警實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整燃燒，高偏差報(bào)警取消，避免了壁溫溫度偏差過大而造成局部管子或者管屏的超溫，從而有效地控制或降低氧化皮的形成速率。

如圖3所示，在壁溫測(cè)點(diǎn)23趨勢(shì)圖中，出現(xiàn)壁溫高偏差報(bào)警，但經(jīng)運(yùn)行人員處理無效，則設(shè)備管理人員可以再早做計(jì)劃，在下次的機(jī)組檢修中，對(duì)該壁溫測(cè)點(diǎn)所在管組下彎頭等區(qū)域進(jìn)行氧化皮檢測(cè)或者射線檢測(cè)等，對(duì)該管機(jī)械性能割管分析，以便針對(duì)性地處理。

通過以上簡(jiǎn)單例子可以看出，設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)測(cè)點(diǎn)的信息和基本數(shù)據(jù)信息，全面分析發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)，較為準(zhǔn)確地診斷出發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)的可能影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備質(zhì)量隱患、不良趨勢(shì)和潛在故障，并發(fā)出預(yù)警信息。而且，該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過瀏覽器的方式將設(shè)備情況直觀、快速地顯示出來[1]，便于電廠各部門技術(shù)人員進(jìn)行觀察和分析。但由于該預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析主要涉及發(fā)電廠生產(chǎn)關(guān)鍵系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化智能化判斷，并且會(huì)出現(xiàn)少數(shù)故障誤報(bào)情況，仍然需要專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)預(yù)警信息，對(duì)異常的根本原因做出進(jìn)一步分析判斷，方可做出決策并付諸實(shí)踐[5]。

3 故障診斷系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用價(jià)值

設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在保證發(fā)電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮了一定的作用，但要確保該系統(tǒng)的準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定，首先要提高使用人員素質(zhì)，臺(tái)州發(fā)電廠非常重視設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的培訓(xùn)工作，多次邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)于新系統(tǒng)進(jìn)行全方位的培訓(xùn)，涉及人員包括設(shè)備部、運(yùn)行部、維護(hù)部門的各主要人員，培訓(xùn)內(nèi)容主要是診斷思路與診斷方法，新系統(tǒng)的使用方法，普遍提高了使用人員的熟知、熟練程度。其次，要確保應(yīng)用的廣泛性及各專業(yè)間職責(zé)鮮明的分工協(xié)作，臺(tái)州發(fā)電廠的監(jiān)測(cè)主要以機(jī)組正常運(yùn)行中監(jiān)測(cè)為主，出現(xiàn)預(yù)警根椐不同的專業(yè)，由設(shè)備管理人員進(jìn)行跟蹤分析或由運(yùn)行專工及運(yùn)行人員進(jìn)行跟蹤分析，通過采取調(diào)整工況、維修、治理的對(duì)策消除故障，最終使設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。如一些不能消除的要求在機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)故障之前，及時(shí)提出檢修申請(qǐng)，避免故障停機(jī)和不必要的負(fù)荷攏動(dòng)，最大程度地提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性。最后，必須要提高預(yù)警系統(tǒng)使用的細(xì)致化程度。臺(tái)州發(fā)電廠在一年來的使用過程中不斷總結(jié)與分析各種故障產(chǎn)生、發(fā)展的全過程，并在工作中不斷改進(jìn)，努力提高故障診斷的準(zhǔn)確性，努力提高設(shè)備管理工作水平，使設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮出了應(yīng)有的作用。

4 總結(jié)

從預(yù)警系統(tǒng)使用情況來看，目前預(yù)警出現(xiàn)較多，有些確認(rèn)后的預(yù)警不能出現(xiàn)二次預(yù)警，使一些設(shè)備失去監(jiān)測(cè)作用，當(dāng)然這也與電廠使用系統(tǒng)細(xì)致化程度有關(guān)，在今后的工作中要改進(jìn)，要不斷總結(jié)與分析各種故障產(chǎn)生、發(fā)展的全過程，努力提高故障診斷的準(zhǔn)確性，把設(shè)備管理工作提高到一個(gè)新的水平。

隨著浙江能源集團(tuán)研發(fā)部門對(duì)該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)開發(fā)、對(duì)預(yù)警模型的合理修正，以及各發(fā)電廠技術(shù)人員正確有效地使用下，發(fā)電企業(yè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的突發(fā)故障必將大量減少，為各發(fā)電企業(yè)帶來巨大的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]常劍,高明.基于相似性建模的發(fā)電機(jī)組設(shè)備故障預(yù)警系統(tǒng)[J].機(jī)電工程,2012,29(5):576-579.

[2]陳昆亮.汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)研究[D].北京:華北電力大學(xué),2012.

[3]黃昀,徐余法.發(fā)電設(shè)備的故障診斷及其發(fā)展[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào),2007,10(3):174-179.

[4]黃乃成.基于知識(shí)的汽輪發(fā)電機(jī)組智能故障診斷研究[D].北京:華北電力大學(xué),2013.

[5]蔡寧寧.發(fā)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].浙江電力,2012(5):20-23.

[6]蔡文河,嚴(yán)蘇星.電站重要金屬部件的失效及其監(jiān)督[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.