浅谈电站辅机设备的状态监测技术

(中国水利电力物资有限公司，北京 100040)

浅谈电站辅机设备的状态监测技术

刘江

(中国水利电力物资有限公司，北京 100040)

凝汽器、磨煤机和发电机是火力电站的重要辅助设备，其运行状态的优劣对电站的安全性与经济性影响很大。文中归纳了这些设备的状态监测参数，并结合这些参数探讨了状态评价方法。通过设备的状态监测，预防故障停机，避免由此带来的经济损失。

状态监测; 辅助设备; 状态评价

0 引 言

目前，状态监测已经成为电力工业的关键技术和实用技术。状态监测[1]的任务是了解和掌握设备的运行状态，获取反映设备健康状态的参数，包括采用各种检测、测量、监视、分析方法，结合电站设备的历史和现状，对设备运行状态进行评价，判断其是否处于正常状态。状态监测过程会对各种状态进行显示和记录，对异常状态做出报警，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据。文中讨论了凝汽器、磨煤机和发电机设备状态监测过程关键参数的选取[2]，并结合这些参数探讨了状态评价方法。

1 凝汽器设备的状态监测与预测

1.1凝汽器状态监测关键参数

凝汽器的状态监测关键参数主要包括：

(1)凝汽器真空度。该参数是表征凝汽器工作特性的主要指标，是指凝汽器入口截面上的蒸汽绝对压力，为当地大气压力与凝汽器压力之差。提高真空能增加蒸汽做功的焓降，减少被循环水带走的热量，从而提高汽轮机的热效率；

(2)凝结水过冷度。在旧式结构的凝汽器上，由于冷却管管束设计上的不足，并未采用回热式结构，所以过冷度一般在3～5 ℃[3]。现代大型凝汽器均采用回热式结构，管束设计愈趋于完善，蒸汽流动阻力很小，在额定工况下运行时，凝结水过冷度可接近于零；

(3)循环水温升。循环水温升的变化直接影响设备的真空，引起冷却水温升变化的原因有：一是冷却水流量的变化，二是进入凝汽器的热负荷的变化，三是总体传热系数的变化。无论何种原因造成冷却水温升的增加，都将使凝汽器真空降低；

(4)凝结水含氧量。凝结水含氧量增加的主要原因是凝结水过冷度增加或者是热井水位以下的真空部分有空气漏入，特别是凝结水泵的入口轴封处。性能良好的凝汽器正常工作状态下凝结水的含氧量可达到5～0 μg/L。标准规定：凝结水含氧量小于等于42 μg/L的为中等水平，一般可小于等于14 μg/L，最合适的可小于等于7 μg/L。

1.2凝汽器状态的故障分析方法

在凝汽器故障分析中应用较多的研究方法主要有人工神经网络法、BP神经网络法和时间序列预测法等。

(1)人工神经网络法。人工神经网络是由大量简单的计算单元，即神经元相互连接而成的复杂的网络系统。人工神经网络具有并行分布处理、非线性映射、训练自学习、适应与集成和硬件可实现性等特性，使其能在预测控制领域得到广泛的应用和研究。神经网络具有高度的并行结构和并行实现能力，特别适于实时控制和动态控制。神经网络具有的固有非线性特性，有利于解决非线性控制问题，利于实现复杂、大规模和多变量系统的控制。

(2)BP神经网络法。BP神经网络是基于误差反传的多层感知器，是目前应用最多的一种人工神经网络形式，其模型包括输入部分、输入层、隐含层、输出层，每层单元只接受前一层的输出信息并输出给下一层。

(3)时间序列预测法。时间序列的本质特征之一就是相邻元素的依赖性。时间序列预测就是利用某种模型反映时间序列元素间的相关性，根据该相关性实现对未来时刻的预测。

2 磨煤机状态监测的研究

2.1磨煤机状态监测关键参数的选取

磨煤机的状态监测关键参数主要包括：

(1)磨煤机出口温度。磨煤机出口温度是指磨煤机出口风粉混合物的温度。在安全允许的条件下，最好维持磨煤机出口温度上限运行，这样可提高磨煤机的入口温度，增加磨煤机的磨制能力。其最低温度取决于出口气体的水露点，应比露点高出10 ℃以上，以避免煤粉结块。

(2)磨煤机压差。磨煤机压差即流通阻力是指一次风室与碾磨区出口之间的压力降。它是一个反映磨煤机堵塞的重要参数，通常应限制磨煤机压差在一定值以下，以保证长期稳定运行并降低风机电耗。

(3)磨煤机和排粉机电流。在直吹系统中，当气粉混合物流量增加时，将使排粉机负荷增加，并导致排粉机电流增加。供煤量增加将使煤层和碾磨压力增加，磨煤机电流随之增加。煤机电流和排粉机电流都增加时，说明制粉出力增加；都减小时，说明制粉出力降低。

(4)密封风压差。控制密封风压差的目的，是使密封风压总是高于制粉系统风压一个合适的数值，以保证磨煤机的工作正常运行。密封风压差的正常运行监控值一般为1.0～1.5 kPa。其大小对磨煤机的安全性和经济性都有影响。

2.2磨煤机状态的故障分析方法

磨煤机的故障分析目前具有基于各种不同原理的多种方法，具体包括：专家系统、神经网络、模糊数学、遗传因子等方法。专家系统可被定义为一种程序，可以根据专家知识描绘，推断某个领域内的问题，其特点是基于符号而不是数字特征；神经网络以其强大的非线性逼进功能，在非线性系统辨识、控制、信号处理等领域有着重要的作用，以拓扑结构的不同可以实现不同的功能；模糊数学针对现实生活中存在的某些内涵灵活、外边界不清的概念，通过分析运算可取得准确的结论；小波分析法是视频分析工具，由于其“自适应性”和“数学显微镜性质”成为科学界共同关注的焦点；遗传算法具有高度并行、随机搜索和自适应寻优等特点，可方便的解决传统优化方法难以解决的离散且非线性的问题，应用范围越来越广。

3 发电机的状态监测

发电机是电站电力系统的心脏，它能否可靠工作，直接影响供电的质量，整个电网的安全、稳定运行。发电机在制造、运输过程中，绝缘可能受到损伤[4]，形成弱点，在运行过程中会不断受到振动、发热、电晕、化学腐蚀以及各种机械力的作用，整个部件都会不断老化，直至损坏。

3.1发电机状态监测关键参数的选取

发电机状态监测就是对于运行中的电机或者重要部件进行状态鉴定，根据电机检查中发现的状态异常现象，利用温度、噪声、振动、压力、磨损等表征电机特征的参数，对电机所表现出来的异常运行状态或故障现象对电机劣化程度与故障部位、故障类型、故障原因所进行的故障识别和判断。发电机状态监测关键参数列于表1中。

表1 发电机状态监测关键参数表

3.2发电机状态的故障分析方法

在发电机故障分析中应用较多的研究方法主要有坐标变换法、相坐标法、多回路分析法。

(1)坐标变换法。在发电机故障诊断分析中，坐标变换法占据着很重要的地位，其中对称分量法在电机故障引起的电压、电流不对称中得到广泛应用；

(2)相坐标法。相坐标法是以发电机相绕组为基本分析单元的一种方法，它合理的考虑了绕组产生的空间谐波磁场作用。相坐标法在研究交流电机气隙磁场的空间谐波和不对称问题等方面，具有越来越重要的作用。利用相坐标法分析同步发电机定子绕组内部故障时的谐波效应，对相坐标法的发展起了很大的推动作用；

(3)多回路分析法。交流发电机多回路理论以单个线圈为研究单元，对于绕组故障后的电磁关系和电流分布，可用此方法较准确的描述。这些回路参数把电机分化为相互耦合的多个回路的自感和互感，使之对应于漏磁场的漏电感和对应于气隙主磁场的主电感。

4 总 结

论文阐述了电站的凝汽器、磨煤机以及发电机的状态监测，并且讲述了各设备的状态故障分析方法。对电站设备进行检修、监测以及故障分析能够有效避免事故的发生和电站的经济损失。对电站设备进行状态监测和故障分析，能够提前预测电站设备的运行状态，为长期进行提供了有效的措施，以保证顺利的工作状态。

[1] 任乐呜, 李文清. 机组状态监测与故障诊断系统在紧水滩水电厂的应用[J]. 水电能源科学. 2006, 24(2): 94-95.

[2] 梁 昊. MPS型中速磨煤机的功能模拟研究[D]. 吉林, 吉林大学. 2006.

[3] 张 阳. 火力发电厂水汽监督事故树分析方法探讨[J]. 应用能源技术, 2013, 181(1): 33-35.

[4] 冯俊凯, 沈幼庭, 杨瑞昌. 锅炉原理及计算[M]. 北京. 科学出版社, 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

刘 江(1981-)，男，硕士研究生，工程师，项目经理，主要从事新能源电力建设项目招标采购咨询。

TM622.5

：B

：1009-3230(2014)03-0047-03