(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

淺談電站輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

劉江

(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

凝汽器、磨煤機(jī)和發(fā)電機(jī)是火力電站的重要輔助設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣對電站的安全性與經(jīng)濟(jì)性影響很大。文中歸納了這些設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)，并結(jié)合這些參數(shù)探討了狀態(tài)評價方法。通過設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，預(yù)防故障停機(jī)，避免由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

狀態(tài)監(jiān)測; 輔助設(shè)備; 狀態(tài)評價

0 引 言

目前，狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)成為電力工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)和實用技術(shù)。狀態(tài)監(jiān)測[1]的任務(wù)是了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，獲取反映設(shè)備健康狀態(tài)的參數(shù)，包括采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析方法，結(jié)合電站設(shè)備的歷史和現(xiàn)狀，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價，判斷其是否處于正常狀態(tài)。狀態(tài)監(jiān)測過程會對各種狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，對異常狀態(tài)做出報警，并為設(shè)備的故障分析、性能評估、合理使用和安全工作提供信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文中討論了凝汽器、磨煤機(jī)和發(fā)電機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測過程關(guān)鍵參數(shù)的選取[2]，并結(jié)合這些參數(shù)探討了狀態(tài)評價方法。

1 凝汽器設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測

1.1凝汽器狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)

凝汽器的狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)主要包括：

(1)凝汽器真空度。該參數(shù)是表征凝汽器工作特性的主要指標(biāo)，是指凝汽器入口截面上的蒸汽絕對壓力，為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫εc凝汽器壓力之差。提高真空能增加蒸汽做功的焓降，減少被循環(huán)水帶走的熱量，從而提高汽輪機(jī)的熱效率；

(2)凝結(jié)水過冷度。在舊式結(jié)構(gòu)的凝汽器上，由于冷卻管管束設(shè)計上的不足，并未采用回?zé)崾浇Y(jié)構(gòu)，所以過冷度一般在3～5 ℃[3]?，F(xiàn)代大型凝汽器均采用回?zé)崾浇Y(jié)構(gòu)，管束設(shè)計愈趨于完善，蒸汽流動阻力很小，在額定工況下運(yùn)行時，凝結(jié)水過冷度可接近于零；

(3)循環(huán)水溫升。循環(huán)水溫升的變化直接影響設(shè)備的真空，引起冷卻水溫升變化的原因有：一是冷卻水流量的變化，二是進(jìn)入凝汽器的熱負(fù)荷的變化，三是總體傳熱系數(shù)的變化。無論何種原因造成冷卻水溫升的增加，都將使凝汽器真空降低；

(4)凝結(jié)水含氧量。凝結(jié)水含氧量增加的主要原因是凝結(jié)水過冷度增加或者是熱井水位以下的真空部分有空氣漏入，特別是凝結(jié)水泵的入口軸封處。性能良好的凝汽器正常工作狀態(tài)下凝結(jié)水的含氧量可達(dá)到5～0 μg/L。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：凝結(jié)水含氧量小于等于42 μg/L的為中等水平，一般可小于等于14 μg/L，最合適的可小于等于7 μg/L。

1.2凝汽器狀態(tài)的故障分析方法

在凝汽器故障分析中應(yīng)用較多的研究方法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和時間序列預(yù)測法等。

(1)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量簡單的計算單元，即神經(jīng)元相互連接而成的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行分布處理、非線性映射、訓(xùn)練自學(xué)習(xí)、適應(yīng)與集成和硬件可實現(xiàn)性等特性，使其能在預(yù)測控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用和研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的并行結(jié)構(gòu)和并行實現(xiàn)能力，特別適于實時控制和動態(tài)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的固有非線性特性，有利于解決非線性控制問題，利于實現(xiàn)復(fù)雜、大規(guī)模和多變量系統(tǒng)的控制。

(2)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于誤差反傳的多層感知器，是目前應(yīng)用最多的一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形式，其模型包括輸入部分、輸入層、隱含層、輸出層，每層單元只接受前一層的輸出信息并輸出給下一層。

(3)時間序列預(yù)測法。時間序列的本質(zhì)特征之一就是相鄰元素的依賴性。時間序列預(yù)測就是利用某種模型反映時間序列元素間的相關(guān)性，根據(jù)該相關(guān)性實現(xiàn)對未來時刻的預(yù)測。

2 磨煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的研究

2.1磨煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)的選取

磨煤機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)主要包括：

(1)磨煤機(jī)出口溫度。磨煤機(jī)出口溫度是指磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物的溫度。在安全允許的條件下，最好維持磨煤機(jī)出口溫度上限運(yùn)行，這樣可提高磨煤機(jī)的入口溫度，增加磨煤機(jī)的磨制能力。其最低溫度取決于出口氣體的水露點，應(yīng)比露點高出10 ℃以上，以避免煤粉結(jié)塊。

(2)磨煤機(jī)壓差。磨煤機(jī)壓差即流通阻力是指一次風(fēng)室與碾磨區(qū)出口之間的壓力降。它是一個反映磨煤機(jī)堵塞的重要參數(shù)，通常應(yīng)限制磨煤機(jī)壓差在一定值以下，以保證長期穩(wěn)定運(yùn)行并降低風(fēng)機(jī)電耗。

(3)磨煤機(jī)和排粉機(jī)電流。在直吹系統(tǒng)中，當(dāng)氣粉混合物流量增加時，將使排粉機(jī)負(fù)荷增加，并導(dǎo)致排粉機(jī)電流增加。供煤量增加將使煤層和碾磨壓力增加，磨煤機(jī)電流隨之增加。煤機(jī)電流和排粉機(jī)電流都增加時，說明制粉出力增加；都減小時，說明制粉出力降低。

(4)密封風(fēng)壓差?？刂泼芊怙L(fēng)壓差的目的，是使密封風(fēng)壓總是高于制粉系統(tǒng)風(fēng)壓一個合適的數(shù)值，以保證磨煤機(jī)的工作正常運(yùn)行。密封風(fēng)壓差的正常運(yùn)行監(jiān)控值一般為1.0～1.5 kPa。其大小對磨煤機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有影響。

2.2磨煤機(jī)狀態(tài)的故障分析方法

磨煤機(jī)的故障分析目前具有基于各種不同原理的多種方法，具體包括：專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、遺傳因子等方法。專家系統(tǒng)可被定義為一種程序，可以根據(jù)專家知識描繪，推斷某個領(lǐng)域內(nèi)的問題，其特點是基于符號而不是數(shù)字特征；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其強(qiáng)大的非線性逼進(jìn)功能，在非線性系統(tǒng)辨識、控制、信號處理等領(lǐng)域有著重要的作用，以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同可以實現(xiàn)不同的功能；模糊數(shù)學(xué)針對現(xiàn)實生活中存在的某些內(nèi)涵靈活、外邊界不清的概念，通過分析運(yùn)算可取得準(zhǔn)確的結(jié)論；小波分析法是視頻分析工具，由于其“自適應(yīng)性”和“數(shù)學(xué)顯微鏡性質(zhì)”成為科學(xué)界共同關(guān)注的焦點；遺傳算法具有高度并行、隨機(jī)搜索和自適應(yīng)尋優(yōu)等特點，可方便的解決傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以解決的離散且非線性的問題，應(yīng)用范圍越來越廣。

3 發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測

發(fā)電機(jī)是電站電力系統(tǒng)的心臟，它能否可靠工作，直接影響供電的質(zhì)量，整個電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)在制造、運(yùn)輸過程中，絕緣可能受到損傷[4]，形成弱點，在運(yùn)行過程中會不斷受到振動、發(fā)熱、電暈、化學(xué)腐蝕以及各種機(jī)械力的作用，整個部件都會不斷老化，直至損壞。

3.1發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)的選取

發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測就是對于運(yùn)行中的電機(jī)或者重要部件進(jìn)行狀態(tài)鑒定，根據(jù)電機(jī)檢查中發(fā)現(xiàn)的狀態(tài)異?，F(xiàn)象，利用溫度、噪聲、振動、壓力、磨損等表征電機(jī)特征的參數(shù)，對電機(jī)所表現(xiàn)出來的異常運(yùn)行狀態(tài)或故障現(xiàn)象對電機(jī)劣化程度與故障部位、故障類型、故障原因所進(jìn)行的故障識別和判斷。發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)列于表1中。

表1 發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)表

3.2發(fā)電機(jī)狀態(tài)的故障分析方法

在發(fā)電機(jī)故障分析中應(yīng)用較多的研究方法主要有坐標(biāo)變換法、相坐標(biāo)法、多回路分析法。

(1)坐標(biāo)變換法。在發(fā)電機(jī)故障診斷分析中，坐標(biāo)變換法占據(jù)著很重要的地位，其中對稱分量法在電機(jī)故障引起的電壓、電流不對稱中得到廣泛應(yīng)用；

(2)相坐標(biāo)法。相坐標(biāo)法是以發(fā)電機(jī)相繞組為基本分析單元的一種方法，它合理的考慮了繞組產(chǎn)生的空間諧波磁場作用。相坐標(biāo)法在研究交流電機(jī)氣隙磁場的空間諧波和不對稱問題等方面，具有越來越重要的作用。利用相坐標(biāo)法分析同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障時的諧波效應(yīng)，對相坐標(biāo)法的發(fā)展起了很大的推動作用；

(3)多回路分析法。交流發(fā)電機(jī)多回路理論以單個線圈為研究單元，對于繞組故障后的電磁關(guān)系和電流分布，可用此方法較準(zhǔn)確的描述。這些回路參數(shù)把電機(jī)分化為相互耦合的多個回路的自感和互感，使之對應(yīng)于漏磁場的漏電感和對應(yīng)于氣隙主磁場的主電感。

4 總 結(jié)

論文闡述了電站的凝汽器、磨煤機(jī)以及發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，并且講述了各設(shè)備的狀態(tài)故障分析方法。對電站設(shè)備進(jìn)行檢修、監(jiān)測以及故障分析能夠有效避免事故的發(fā)生和電站的經(jīng)濟(jì)損失。對電站設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障分析，能夠提前預(yù)測電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為長期進(jìn)行提供了有效的措施，以保證順利的工作狀態(tài)。

[1] 任樂嗚, 李文清. 機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在緊水灘水電廠的應(yīng)用[J]. 水電能源科學(xué). 2006, 24(2): 94-95.

[2] 梁 昊. MPS型中速磨煤機(jī)的功能模擬研究[D]. 吉林, 吉林大學(xué). 2006.

[3] 張 陽. 火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督事故樹分析方法探討[J]. 應(yīng)用能源技術(shù), 2013, 181(1): 33-35.

[4] 馮俊凱, 沈幼庭, 楊瑞昌. 鍋爐原理及計算[M]. 北京. 科學(xué)出版社, 2003.

ConditionMonitoringofPowerStationAuxiliaryEquipment

LIU Jiang

(ChinaNationalWaterResources&ElectricPowerMaterials&EquipmentCo.,Ltd,Beijing,100040,China)

Condenser, grinder and generator are some important auxiliary equipment in a power plant. Their performances in the running have great impacts on the security and economy of the power plant. Some parameters on the condition monitoring of these equipment are summarized in this paper. The concerning evaluation methods are also studied. By monitoring the operating conditions of the equipment, the malfunction of the equipment could be prevented and the resulting economic losses could be avoided.

Condition monitoring; Auxiliary equipment; Condition evaluation

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.012

2014-02-11

：2014-02-27

劉 江(1981-)，男，碩士研究生，工程師，項目經(jīng)理，主要從事新能源電力建設(shè)項目招標(biāo)采購咨詢。

TM622.5

：B

：1009-3230(2014)03-0047-03