智能火电厂锅炉给水泵故障定位方法

2023-02-24余武高李杰奇

设备管理与维修 2023年2期

余武高，卫健，安城，李杰奇，胡仲

（国家电投集团江西电力有限公司分宜发电厂，江西新余 336615）

0 引言

智能火电厂近年来的发展重点主要集中在锅炉故障研究层面。在运行过程中，如果设备出现大面积故障，将会影响机组的调峰能力，进而导致整个火电厂的电力负荷失调。作为整个火电厂汽水循环的核心设备，锅炉给水泵故障已经引起了各界的关注[1]。为了准确定位故障，就需要先对故障点和给水泵的故障区域进行检测和判断，需要结合大数据技术，包括历史DCS 数据、设备结构以及历史运行数据，对易于出现故障的区段重点监测。

1 基于大数据技术的智能火电厂锅炉给水泵故障定位方法

1.1 神经网络算法识别给水泵故障类型

通常由于智能火电厂锅炉给水泵的外部应用环境较差，导致给水泵的故障发生频率较高。结合神经网络的作用原理，根据给水泵的历史数据，能够得出相应的故障特点，即区域性、关联性及滞后性。当给水泵所处锅炉的炉膛压力升高时，对应的出口和入口温度需要重点观测，这样就可以得到给水泵故障类型。从图1 可以看出，火电厂锅炉给水泵常见故障可以归纳为5种，在不同的场景下呈现出不同的特征。

图1 火电厂锅炉给水泵故障类型

给水泵内部泄漏故障的原因主要是，部件中叶轮承受的进口及出口压力差值过大，导致叶轮与给水泵的密封环之间出现缝隙。传输的液体出现回流现象会导致能量损失，则给水泵出力下降的计算公式为：

其中，P′和P分别表示给水泵出口流量和进口流量，δ 表示给水泵在工作周期内的扬程。

根据式（1）的计算结果，将给水泵故障模拟成一个输出层序列，结合神经网络算法的输入时刻，可以得出给水泵故障结构中隐藏层的活性值表达公式：

其中，r 表示循环神经元向量，d 表示激活函数线性参数。此外，如果水中沉淀的微量杂质没有得到及时处理，那么就会逐渐造成滤网堵塞。在给水泵循环工作时，阀门的命令执行错误会导致阀门无法达到开度阈值，从而加剧故障程度[2-3]。如果给水泵的零件润滑不到位，也会降低机械转动效率，出现摩擦力增加、给水泵无法正常运转的情况。在前置泵汽蚀的原因中，给水泵中除氧器出口压力过低是重要诱因，也是给水泵技术参数异常的直接原因。

1.2 大数据技术优化故障定位模式

将大数据技术应用于智能火电厂锅炉给水泵故障定位方法设计，能最大限度发挥大数据的特点。利用先进的检测设备，实时监测给水泵的运行参数，在数据出现异常时及时对故障进行定位处理。在给水泵检修过程中，应将连接的零件拆解，将检修重点放在给水泵的前中心部分。为了避免元器件损坏故障，还需要测量给水泵叶轮内孔和卡环，清理区间内的隔板及平衡环。火电厂锅炉通常会配备两条汽动给水泵[4]，为了精准故障定位，需要及时获取给水管路的运行状态。结合给水泵的相似定理可知：

式（2）中，R 表示给水泵的转速，S 表示体积流量，η 表示扬程。在只考虑滤网对给水泵影响的条件下，阀门允许通过的最大质量流量可以视作一个阻力元件。在这种情况下，仅采用二次多项式进行拟合是不够的，需要考虑运行过程中的压差阈值，并保留给水泵流量拟合中的常数项。由于管内介质流动的驱动力不是一成不变的，因此还要结合以信号偏移为代表的一些不易发现的软故障，利用大数据技术将软故障的数据信息进行单独提取并归纳，得出与设备故障相关联的信息。基于上述描述，完成、优化智能火电厂锅炉给水泵故障定位模式的步骤。

2 实验分析

2.1 实验环境

结合本次实验测试的需要，对此次设计的智能火电厂锅炉给水泵故障定位方法进行有效性测试。以某智能火力发电厂为例，在2×660 MW 机组的条件下，搭建实验环境。锅炉给水泵的技术参数见表1，其中THA（Turbine Heat Acceptance）为额定工况，即额定背压、额定功率、额定进汽参数、没有补水。

为了保证实验结果的准确性，在表1 给水泵参数的基础上，对火电厂锅炉的主给水装置进行状态调整。对于主给水冷却步骤，先将除氧器中配出的氧气转换成饱和气体并进行能量交换，以饱和气体作为再生产循环的主要能量。

表1 锅炉给水泵技术参数

2.2 实验结果分析

本次实验选取3 种同类型的智能火电厂锅炉给水泵故障定位方法进行对比，另外两种方法分别是，基于数据驱动的故障定位方法和基于改进遗传算法的故障定位方法。在不同的给水泵进口滤网压差条件下，分别对比3 种故障定位方法的漏报率，实验结果如表2～表4 所示。

根据表2～表4 可知，当给水泵进口滤网压差为500 m3/h时，本文提出的故障定位方法，与另外两种方法的漏报率均值分别为6.865 4%、13.278 0%和12.241 8%；当给水泵进口滤网压差为200 m3/h 时，3 种方法的漏报率均值分别为12.982 0%、19.561 2%和20.486 7%：当给水泵进口滤网压差为100 m3/h时，3 种方法的漏报率均值分别为15.168 9%、32.836 2%和31.191 1%。当给水泵进口滤网压差升高时，故障定位方法的漏报率呈增加趋势。本文提出的方法，漏报率始终低于另外两种方法，说明本文提出的方法在故障定位方面的结果较为准确，具有一定实用性。