一種電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)的設計

楊 棟，王傳剛

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東煙臺 261441）

0 引言

我國正處于經濟快速發(fā)展的階段，對于電力的需求量不斷增加。為確保我國電力工業(yè)的良性發(fā)展，有效彌補電力缺口，需要增加發(fā)電裝機容量以及利用綠色發(fā)電技術。設備運行狀態(tài)不僅影響著電力企業(yè)的經濟效益，有時甚至還會造成安全事故。火力發(fā)電在我國電力供應組成中，仍然占有非正常大的比重，磨煤機是火力發(fā)電中煤粉爐的輔助設備，主要是將煤塊粉碎，為鍋爐持續(xù)輸送燃料，提高燃料的燃燒效率，在火力發(fā)電機組中有著重要作用。電力設備運行的穩(wěn)定性對整個電網系統(tǒng)的安全性有直接影響，任何一個設備出現(xiàn)故障都有可能造成機組癱瘓，導致巨大的經濟損失和嚴重的社會后果。因此，深化電廠設備的維護管理工作有著重要意義。

1 磨煤機工作原理和常見故障

1.1 工作原理

磨煤機的動力系統(tǒng)由電機、磨輥裝置、轉動軸和傳送帶組成。磨輥裝置是磨煤機的核心部件，在電機的驅動下，磨輥和磨盤相互作用，將原煤碾壓磨碎成粉末狀。潤滑油站過濾、冷卻減速機內的齒輪油，確保減速機內部零件保持潤滑狀態(tài)，高壓油泵站則通過加載油缸完成磨煤機的升降等操作。

磨煤機主要工作原理：原煤從落煤管進入磨煤機內，軸承帶動磨盤轉動，原煤在磨輥和磨盤之間碾壓粉碎；通風管將磨好的煤粉帶入爐膛內，剩余較大的煤塊則需要繼續(xù)進行研磨；原煤中含有的一些石子、異物等會被刮板刮至排渣箱。

1.2 常見故障

磨煤機需要對原煤進行碾壓研磨，受到煤質、雜物等影響，在長期極端工況下齒輪組容易出現(xiàn)齒輪磨損等故障，工作噪聲大，直接影響鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。通常火力發(fā)電本身具有較多噪聲，磨煤機故障聲音往往會被其他噪聲淹沒、難以被發(fā)現(xiàn)，因此磨煤機故障診斷成為電廠設備維護工作的重點和難點。磨煤機的常見故障有堵煤、少煤或斷煤、磨煤機異常振動、磨自燃、加載拉桿斷裂等。

磨輥和磨盤損壞嚴重，異物導致磨輥卡澀，就會造成磨煤機堵煤。當磨煤機出現(xiàn)堵煤故障時，磨煤機出料口風壓、風量、磨煤機給煤量、磨出口溫度、磨煤機電流、加載電壓等參數均有較大幅度下降。堵煤會造成煤粉爐燃燒不穩(wěn)定，缺料和少料情況嚴重時會出現(xiàn)熄火保護，導致磨煤機跳閘；落煤管以及給煤機出口堵塞，會造成少煤或斷煤故障。發(fā)生該故障時，給煤量嚴重不足，磨輥和磨盤之間由于缺少研磨料，發(fā)生金屬研磨的聲音并伴有異常的機械振動；磨煤機地腳螺栓松動、電機故障、異物卡澀、潤滑液不合格、原煤異常、磨輥裝置損壞等也會引發(fā)磨煤機異常振動。該故障會導致：電機電流波動較大、設備出現(xiàn)大幅度振動；磨煤機磨出口溫度較高，入料口冷熱風配比不當，研磨后沒有及時清理殘渣，導致積粉自燃，嚴重時排渣箱會出現(xiàn)火星，磨煤機筒內溫度升高出現(xiàn)焦糊味；加載壓力異常、焊接工藝不當等會導致拉桿焊接縫斷裂，影響磨煤機正常工作。

2 磨煤機故障診斷系統(tǒng)的設計

磨煤機故障診斷系統(tǒng)通過安裝在磨煤機上的傳感器來監(jiān)測設備運行過程中的參數信息，了解設備當前的運行狀況，通過這些參數信息可以分析出設備運行狀態(tài)的歷史變化曲線和趨勢。如果磨煤機狀態(tài)參數出現(xiàn)異常，可以制定相應的維護策略和檢修方法，避免盲目維修和維修不及時導致設備狀況進一步惡化（圖1）。

圖1 電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)架構

該系統(tǒng)會對磨煤機常見故障進行測試并記錄測試結果，通過對比磨煤機故障前、后運行參數的變化，分析設備出現(xiàn)故障的主要癥狀和狀態(tài)參數，將其作為判斷故障的主要依據。下面詳細分析電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)的設計。

2.1 系統(tǒng)結構功能設計

磨煤機故障診斷系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、參數配置模塊、狀態(tài)分析模塊和故障診斷模塊4 個部分組成。其中，檢測模塊的主要作用是采集磨煤機運行狀態(tài)參數并將其存儲到數據庫，用戶可以通過人機交互界面實時查詢磨煤機的狀態(tài)參數、歷史數據等信息；故障診斷模塊主要負責對磨煤機的狀態(tài)參數進行預測、評價和診斷，并結合數據庫歷史數據信息，通過特定的規(guī)則進行匹配，實現(xiàn)故障診斷和定位。用戶也可以通過人機交互界面查詢故障信息，便于采取有效的維護措施。

2.2 建立數據庫

磨煤機故障診斷系統(tǒng)采用神經元網絡法進行故障癥狀診斷分析，通過建立磨煤機給煤量、入口風量、磨出口風壓以及進出口差壓原始數據神經網絡模型，以10 h 數據為訓練樣本，隨后每間隔1 h 抽取數據作為檢測樣本，通過預處理導入神經網絡模型進行測試。磨煤機故障診斷系統(tǒng)數據庫包含常見故障的特征參數，設定常見故障的初始值。例如：故障名稱為磨煤機入口堵塞，初始參值設定為“0”，表示入口沒有堵塞；當參數值為“1”時，表示磨煤機入口堵塞，標明該狀態(tài)下的入口溫度、蒸汽壓力等特征參數。

2.3 故障策略設計

磨煤機故障診斷系統(tǒng)通過編程完成故障策略設計，實現(xiàn)故障推理和定位。該系統(tǒng)采用正向推理技術，通過人機交互界面輸入事實，然后按照數據庫中的規(guī)則對事實進行匹配。規(guī)則結論作為新的事實存儲在數據庫中，作為其他規(guī)則匹配的前提條件。

電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)用戶自定義，有效利用數據庫中的歷史數據信息為判斷依據，用戶可以輸入故障類型推理過程中得到的新事實，再將推理過程與數據庫中的規(guī)則進行匹配，如果該規(guī)則與前提條件相對應則適用，然后繼續(xù)與其他規(guī)則的前提進行匹配，直到不再有可匹配的規(guī)則為止，實現(xiàn)故障定位。

3 磨煤機故障診斷系統(tǒng)的應用

磨煤機故障診斷系統(tǒng)具備離線和在線診斷功能：在線監(jiān)測功能主要是通過對磨煤機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，采集有效的數據信息，通過監(jiān)測、診斷界面為用戶提供設備的狀態(tài)參數信息并進一步提供故障診斷和定位功能；離線功能則是針對故障診斷系統(tǒng)，根據用戶需要通過手動輸入現(xiàn)場設備的參數信息，進行非系統(tǒng)自動進行的診斷任務。通過自定義操作，用戶可以根據實際情況預設故障診斷周期。

該系統(tǒng)能夠對設備運行狀態(tài)參數進行評價，分析設備異常工況，有效排查故障并進行定位，還可以通過數據庫診斷和分析輸出結果。通過人機交互界面，提供方便快捷的輸入方式，用戶只需要根據屏幕顯示的狀態(tài)信息進行選擇。故障診斷界面會顯示診斷和清除按鈕：清除按鈕主要是恢復界面的初始狀態(tài)；診斷按鈕可以根據輸入的信息進行故障診斷，經過神經網絡系統(tǒng)分析輸出故障類型，得出故障原因，然后進一步點擊相應的故障按鈕就可以獲得相應的維護措施。例如，出現(xiàn)磨煤機入口溫度高故障時，可以點擊診斷，顯示磨自燃并且顯示磨煤機磨出口溫度存在異常，并根據分析結果判斷為入料口冷熱風配比不當，研磨后沒有及時清理殘渣，導致積粉自燃。盡管該系統(tǒng)的功能日趨完善，但是仍處于開發(fā)階段，還有許多地方需要改善，如提升神經網絡預測模型的更新速度、完善和擴充故障診斷策略和知識規(guī)則、改進故障診斷和定位方式、實現(xiàn)故障診斷自動學習功能等。

4 總結

通過電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)對設備運行狀態(tài)進行有效監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并采取有效的解決措施，提高設備可靠性，增加發(fā)電量，延長設備使用壽命，降低維修費用。基于神經網絡的電廠磨煤機故障診斷系統(tǒng)提供了性能計算程序，計算結果可以進一步豐富數據庫的參數值，利用良好的人機交互界面提供全面的運行狀態(tài)顯示，提供多種數據查詢功能。此外，該系統(tǒng)還支持與多種設備的通信連接，便于磨煤機故障診斷系統(tǒng)的功能擴展。