发电厂汽轮机故障诊断

冯彦锋　厉彦会

摘 要：针对发电厂汽轮机故障诊断的问题，文章介绍了汽轮机运行故障诊断技术的应用和发展。主要有正确选择检测仪器和对汽轮机易发故障机理的分析。探讨了汽轮机故障诊断方法和汽轮机常见的故障，并给出了汽轮机故障实例分析，如气轮机故障表现和故障征兆。

关键词：汽轮机；故障诊断；故障处理；措施

引言

发电厂是利用汽轮机来生产电力能源，这种生产电能的方式，随着我国信息技术的提高，使作为电能源生产的主要设备之一的汽轮机设备已经发展为向大型化、高速化的方向发展，同时汽轮机运转的自动控制能力也由于计算机的发展，得到跨世纪的提高，由于现代化汽轮机的操作简单，并且向大功率的方向发展。这显然可以大幅度的提高生产效率，复杂的控制系统使操作简单，维修复杂的态势。因此，虽然高科技呈现了汽轮机运转操作趋向简单化，但也使汽轮机的控制系统结构也日趋复杂，这就增加了设备维护的难度。在电能生产中，如果一个设备的某一部件出现故障，必将可能使汽轮机的电能生产出现中断，给城乡居民和生产用电带来困难。因此，在使用现代化汽轮机可以满足生产电能的同时，也要关注对汽轮机设备的维护和维修，这也是对汽轮机操作必须引起重视的课题。这对于发电厂汽轮机的安全运转具有重要的现实意义和历史意义，因此，第一，要及时发现汽轮机运行的异常现象，坚决把故障锁定在萌芽中，在故障萌芽中就采取相应的措施，避免发生重大事故。第二，要按制度要求，实事求是的填写生产记录，如果电厂生产设备出现异常状况，应立即上报技术部门，同时要保留自动记录的完整数据，这样不仅可以避免较大的经济损失，而且还可以缩短设备的维修时间和费用。第三，要利用高科技手段，对汽轮机设备实行在线调整，用科学手段保证汽轮机的运行安全。第四，操作人员要时时监控汽轮机运行状态的变化、注意各部分性能的变化趋势，对汽轮机设备的运行状态要基于现代化管理水平做到心中有数。

1 汽轮机运行故障诊断技术的应用和发展分析

1.1 正确选择检测仪器

如何正确检测到振动信号，这是汽轮机在运行过程中，对可能出现机械故障诊断的重要问题。对于汽轮机运转时出现的振动信号的检测，目前采用的方法大多数是利用快速傅立叶变换（FFT）。因为不同种类的传感器，具有不同的可测频率范围，而FFT可以对很多平稳信号的情况具有适用性，使其在实际检测工作中，得到广泛的应用。一般来说，对于接触式传感器中，就可以得到稳定的数据。但是，在对汽轮机的实际应用中，检测发现很多信号是非线性，这就增加了检测信号的难度，因此，为了提高信号的分辨精度，对新信号分析与处理的方法的研究和实践，就成检测信号领域重要研究课题。随着计算机技术的发展，对汽轮机震动信号的分析和研究的方法可以分为不同的分析方法，如Winger变换、小波变换、全息谱分析、延时嵌陷分析、信号的分维数计算等。

1.2 汽轮机易发故障机理的分析

要保证汽轮机的安全运行，就要掌握汽轮机可能出现的故障机理，因此，分析研究汽轮机的故障机理，是提高汽轮机故障诊断领域中的一个基础的研究工作。目前，主要从汽轮机故障发生的规律和发生前的征兆等方面来进行的研究。在这些方法中，计算机仿真法是当前研究汽轮机故障机理和故障行为的常用方法。就是先建立描述汽轮机设备和行为的数学模型，再开发出相应的仿真软件，然后就可以对一些典型汽轮机设备故障进行数值仿真。这种方法的优点是可以不受现场和实验室的条件限制，有利于预防汽轮机的故障发生，但这种方法应用范围的扩大困难之处是数学模型的建立，这需要研究人员具备一定的数学基础，同时，这种研究方法还存在着如何验证数学模型的准确性，否则会给实验结果带来误差。

2 汽轮机故障诊断方法

对汽轮机的故障分析的方法较多，其中利用频谱分析是设备故障诊断中最常使用的方法。研究噪声的频谱是为了深入了解噪声源的特性帮助寻找主要的噪声污染源，为噪声控制提供依据，为噪声控制提供依据。常用的频谱是功率谱和幅值谱分析。功率谱分析是表示振动功率随振动频率的分布情况，这从物理意义分析比较清楚。幅值谱表示对应于各频率的谐波振动分量所具有的振幅，这在应用时显得比较直观，其中幅值谱上的谱线高度就是该频率分量的振幅大小。利用频谱分析的目的，就是将设备可能构成信号的各种频率成分都分解开来，以便于振源的识别。进行频谱分析首先要了解频谱的构成依据故障推理方式的不同，对频谱构成的了解可按不同层次进行。第一，首先要从高、中、低频段进行分析，初步了解主故障发生的部位。第二，还要从工频、超谐波、次谐波进行分析，这样就可以用以确定转子发生故障的范围。

在分析幅值谱的变化时，可以观察谱峰的变化状况，要确定它们是单调增大，单调减少，还是波动或无固定趋势。还应确定哪些谱峰是同步变化的？哪些谱峰没有发生变化？是否有新的频率成分出现？是否有新的频率成分出现？转子同一部分各测点振动之间，或相近部位各测点的振动之间振动谱上的相互联系，各种变化的快慢等等，这样就可以掌握对汽轮机故障的诊断。

3 汽轮机的常见故障

对汽轮机组振动故障诊断，还应掌握一定的基础理论和科学的分析能力，这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措施，而不致盲目地一概采用现场高速动平衡的方法，使表面上振动有所减小，实际上并没有得到根治，汽轮机组经过一段时间的运行后，振动重复出现。振动故障形态有很多类型，总计起来可以有数十种之多，但其中数种常见故障的发生率占了总数的95%以上。如果能对这些典型的振幅故障做出准确的判断，则可以基本上达到生产实际的需要，保证汽轮机的安全生产。

3.1 汽轮机的故障表现

在某热电厂的汽轮机发电机组中，其中4#汽轮发电机组和7#汽轮发电机组在近年来共发生三次未级、次未级叶片运行过程中脱落事故。这二台机组的设备均为某城市汽轮机厂生产的C50系列机组。故障出现时，汽轮机正在运行中，突然出现振动增大，其中4#机的振动频率激增，在现场可明显感觉到汽轮机震动导致机组基础的振动，操作人员随即便打闸停机，并对现场情况进行记录。而7#汽轮机在叶片脱落后，由于现场离控制室相隔仅60m距离，振动探头可以显示振动增大，在现场的操作人员基本感觉不到异常震动的发生。

3.2 对汽轮机的故障征兆的分析

对4#和7#汽轮机故障的分析，由于4#汽轮机故障振动频率激增，这种突发事故前没有征兆，难于控制，对其原因分析也比较困难。但通过对7#汽轮机在叶片脱落前后的频谱对比发现，汽轮机在叶片脱落前，次未级的故障频率已有所上升，表明次未级叶片在出现裂纹时已经存在问题。是完全可以预见的故障。

4 结束语

为了保证汽轮机的安全运行，必须杜绝汽轮机的易发故障，在这些易发故障中，非正常振动故障对安全影响的危害最大，发生频率也比较高。虽然振动故障出现的形态有数十种之多，但在现场机组常见的故障只有不足数种，从几率统计占故障发生的95%以上。因此，如果能够对这些常见故障了解和掌握，就能够满足电厂汽轮机运转安全的实际要求。显然，要保证电厂设备安全运行，就要加强在线监测和诊断系统的高科技管理这一不可少的手段，因此，应用汽轮机状态监测与故障诊断技术，使预知维修取代传统落后的事后维修和定期预防维修是历史的必然。

参考文献

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