chapter-10-汽轮机组状态的监测和故障诊断课件.ppt

1、l状态监测和故障诊断是机组状态检修的基础。状态监测和故障诊断是机组状态检修的基础。l目前各大机组虽已具有常规的监测装置，但这些目前各大机组虽已具有常规的监测装置，但这些常规监测装置尚不能判别设备的趋向。为此，必常规监测装置尚不能判别设备的趋向。为此，必须进一步完善对汽轮机组状态的监测和故障诊断须进一步完善对汽轮机组状态的监测和故障诊断l系统组成：热应力计算及寿命估计、热参数监测、热耗分析系统组成：热应力计算及寿命估计、热参数监测、热耗分析和与振动系统的分接口等几部分。和与振动系统的分接口等几部分。l系统的作用：系统的作用：实时地显示机组的运行状态、系统参数，以有助于运行人员时刻保实时地显示机组

2、的运行状态、系统参数，以有助于运行人员时刻保证机组在高效下运行。证机组在高效下运行。显示那些影响热耗率而运行人员又可控制的实时值与目标值。这种显示那些影响热耗率而运行人员又可控制的实时值与目标值。这种显示有助于运行人员控制最佳热耗率，减少可控损失。显示有助于运行人员控制最佳热耗率，减少可控损失。显示高、中、低压缸的效率、高加运行情况、给水流量的实测值、显示高、中、低压缸的效率、高加运行情况、给水流量的实测值、目标值和偏差。还可显示此偏差对热耗率的影响情况。目标值和偏差。还可显示此偏差对热耗率的影响情况。l科技的发展必然使电力设备从预防性检修走向状态检修，科技的发展必然使电力设备从预防性检修走向

3、状态检修，但这需要一段时间。但这需要一段时间。l在这段时间里，采用以等效运行小时（在这段时间里，采用以等效运行小时（EOH）计算的）计算的“不不定期预防性维修定期预防性维修”来过渡，是一项提高电力生产安全性与来过渡，是一项提高电力生产安全性与经济性的现实措施。经济性的现实措施。l从预防性检修走向状态检修除了为防止突发性故障外，更从预防性检修走向状态检修除了为防止突发性故障外，更多的是考虑多的是考虑“过过”修的不经济性与不安全性。但由于生产修的不经济性与不安全性。但由于生产过程中偶然性故障的不可避免，改正性维修必然存在。过程中偶然性故障的不可避免，改正性维修必然存在。l根据国外的经验统计，改正性

4、维修占根据国外的经验统计，改正性维修占30，预防性维修占，预防性维修占70是从安全和经济综合考虑的一个较好的比例。是从安全和经济综合考虑的一个较好的比例。l目前，国内和国外，对汽轮发电机组的检修大多数还是沿用目前，国内和国外，对汽轮发电机组的检修大多数还是沿用预防性检修预防性检修 在我国，作为状态检修技术基础的状态监测技术尚在起步阶段。在我国，作为状态检修技术基础的状态监测技术尚在起步阶段。国外状态监测技术虽然发展较快，但为了保证设备安全，提高设备利国外状态监测技术虽然发展较快，但为了保证设备安全，提高设备利用率，减少输出费用，却已采用了一些新的不定期预防性维修办法向用率，减少输出费用，却已采

5、用了一些新的不定期预防性维修办法向状态维修过渡。这主要表现在机组大修的间隔计算上。状态维修过渡。这主要表现在机组大修的间隔计算上。l德国大电站联合会德国大电站联合会VGB提出了汽轮机大修间隔的计算方法，提出了汽轮机大修间隔的计算方法，他们较早提出用他们较早提出用“等效运行小时等效运行小时(EOH)”来计算大修间隔。来计算大修间隔。VGB的检修间隔计算已采用多年并广为西欧、北美所使用。如瑞士的检修间隔计算已采用多年并广为西欧、北美所使用。如瑞士ABB、美国、美国EPRI、圣地亚哥煤气电力公司均用此方法计算大修间隔。、圣地亚哥煤气电力公司均用此方法计算大修间隔。l在在VGB的检修导则的检修导则VG

6、B-Rll5Me中，中，EOH按按下式计算：下式计算：ssacteqTnTT式中：式中：Teq 等效运行小时（等效运行小时（EOH）;Tact 实际运行小时数；实际运行小时数；ns 启动次数（不分冷热态）；启动次数（不分冷热态）；Ts 启动加权系数（启动加权系数（20 30 h）。）。以上以上VGB提出的对汽轮机检修间隔的计算办法过于简化。它对提出的对汽轮机检修间隔的计算办法过于简化。它对不同启动状态所造成机组的不同程度的疲劳损伤未加区分。不同启动状态所造成机组的不同程度的疲劳损伤未加区分。l鉴于鉴于VGB计算方法的缺陷，国际转动机械大会（计算方法的缺陷，国际转动机械大会（TMC）用寿命分配的

7、概）用寿命分配的概念，提出了新的计算方法。念，提出了新的计算方法。l1993年第九届年第九届TMC大会上通过了大会上通过了TMCST002汽轮机检修导则汽轮机检修导则，计算，计算公式如下：公式如下：vvhhwwccssssacteqTnTnTnTnTnTnTT,式中：式中：Teq 等效运行小时（等效运行小时（EOH）;Tact 实际运行小时数；实际运行小时数；S Sns Ts 各类启动次数乘以相应的加权系数的总和。各类启动次数乘以相应的加权系数的总和。nc Tc 冷态启动次数冷态启动次数加权系数；加权系数；nw Tw 温态启动次数温态启动次数加权系数；加权系数；nh Th 热态启动次数热态启动

8、次数加权系数；加权系数；nv Tv 极热态启动次数极热态启动次数加权系数；加权系数；。状态检修支持系统状 态 检 修 的 支 持 系 统状态监测与故障诊断系统运行检修决策系统设备管理系统(含检修管理)l尽管现代化机组控制系统先进，自动化程度高，保尽管现代化机组控制系统先进，自动化程度高，保护功能多，但用来直接反映机组运行效益和进行故护功能多，但用来直接反映机组运行效益和进行故障诊断的专家系统还很不完善。目前只能由运行人障诊断的专家系统还很不完善。目前只能由运行人员或技术人员通过对机组运行参数的分析来间接地员或技术人员通过对机组运行参数的分析来间接地反映和判断机组的健康水平，因此，对设备故障的反

9、映和判断机组的健康水平，因此，对设备故障的判断和设备性能效益的评价缺乏预知性、准确性和判断和设备性能效益的评价缺乏预知性、准确性和科学性，而且费时费力。同时，对运行人员的优化科学性，而且费时费力。同时，对运行人员的优化操作和检修人员的状态检修也带来很大困难。操作和检修人员的状态检修也带来很大困难。转子剩余寿命采转子剩余寿命采用寿命饼图方法用寿命饼图方法显示。通过浏览显示。通过浏览功能可以查询历功能可以查询历次变工况对转子次变工况对转子寿命的影响情况。寿命的影响情况。l状态监测和故障诊断的内容可分为机械类和热参数状态监测和故障诊断的内容可分为机械类和热参数类两大类。类两大类。l机械类：机械类：转

10、子不平衡、转子弯曲、转子涡动、转子碰摩、轴承不转子不平衡、转子弯曲、转子涡动、转子碰摩、轴承不稳定、短路电流转矩、热膨胀、叶片断裂、进冷汽冷水、稳定、短路电流转矩、热膨胀、叶片断裂、进冷汽冷水、阀门门杆卡涩、热疲劳裂纹、阀门开度等。阀门门杆卡涩、热疲劳裂纹、阀门开度等。l热参数类：热参数类：压力、温度、温差、压差、温度变化率、压力变化率、压力、温度、温差、压差、温度变化率、压力变化率、转速、流量、流速等。转速、流量、流速等。l以往人们对振动信号给予极大重视，而忽视了热力过程参数。以往人们对振动信号给予极大重视，而忽视了热力过程参数。l其实，热力过程参数对其实，热力过程参数对及其有关及其有关的反

11、应是十的反应是十分敏感的，往往在重大事故发生之前或刚出现前兆时就可以从分敏感的，往往在重大事故发生之前或刚出现前兆时就可以从热参数的异常变化得到及时的预报，迅速地采取果断措施来预热参数的异常变化得到及时的预报，迅速地采取果断措施来预防事故的发生。防事故的发生。l此外，汽轮机热力参数的测量此外，汽轮机热力参数的测量，可以用多个参数，可以用多个参数的变化规律来明确故障的性质、程度及具体位置，从而及时地的变化规律来明确故障的性质、程度及具体位置，从而及时地做好损坏部件的备品，缩短机组的检修时间。做好损坏部件的备品，缩短机组的检修时间。l鉴于上述原因，汽轮机组设置在线的热参数监测及故障诊断系鉴于上述原

12、因，汽轮机组设置在线的热参数监测及故障诊断系统很有必要，而且它可与机组振动诊断系统（如果有的话）联统很有必要，而且它可与机组振动诊断系统（如果有的话）联络通讯，组成一个完整的电厂计算机诊断专家系统。络通讯，组成一个完整的电厂计算机诊断专家系统。l通过对各种诊断经验的描述，有利于存储和推广专家宝贵通过对各种诊断经验的描述，有利于存储和推广专家宝贵的经验知识；的经验知识；l众多专家的知识可以被融合进诊断系统，得到综合利用；众多专家的知识可以被融合进诊断系统，得到综合利用；l拥有人机联合诊断功能，可以充分发挥现场人员的主观能拥有人机联合诊断功能，可以充分发挥现场人员的主观能动性。动性。l考虑故障诊断

13、人的考虑故障诊断人的决策过程决策过程：事实和数据：事实和数据 思维思维 产生产生结论结论 决策方案决策方案 决策实施。决策实施。这个过程实际是：数据这个过程实际是：数据 信息信息 知识知识 决策目标决策目标 的过程。的过程。l数据：是某些具体对象的原始反映和描述。单纯的数据不能提数据：是某些具体对象的原始反映和描述。单纯的数据不能提供判断或解释，它不是决策行动的可靠基础。供判断或解释，它不是决策行动的可靠基础。l信息：对数据进行分析，找出其中的关系，赋予数据以某种意信息：对数据进行分析，找出其中的关系，赋予数据以某种意义和关联，就形成了信息。信息虽然有一定的意义，但它往往和义和关联，就形成了信

14、息。信息虽然有一定的意义，但它往往和人们手头的任务没有什么联系，还不能作为判断、决策和行动的人们手头的任务没有什么联系，还不能作为判断、决策和行动的依据。依据。l知识：对信息进行深入洞察和再加工，从中理解出其包含的模知识：对信息进行深入洞察和再加工，从中理解出其包含的模式，才能获得可资利用的信息，即形成知识。式，才能获得可资利用的信息，即形成知识。知识才是决策可依知识才是决策可依赖的基础赖的基础。l我们现在生活在一个网络化的时代，大量信息在给人们带我们现在生活在一个网络化的时代，大量信息在给人们带来方便的同时也带来了来方便的同时也带来了一大堆问题一大堆问题：第一是信息过量，难：第一是信息过量，

15、难以消化；第二是信息真假难以辨识；第三是信息安全难以以消化；第二是信息真假难以辨识；第三是信息安全难以保证；第四是信息形式不一致，难以统一处理。人们开始保证；第四是信息形式不一致，难以统一处理。人们开始考虑：考虑：“如何才能不被信息淹没如何才能不被信息淹没，而是从中及时发现有用，而是从中及时发现有用的知识、提高信息利用率？的知识、提高信息利用率？”l随着数据库技术的迅速发展，人们随着数据库技术的迅速发展，人们积累的数据越来越多积累的数据越来越多。激增的数据背后隐藏着许多重要的信息，人们希望能够对激增的数据背后隐藏着许多重要的信息，人们希望能够对其进行更高层次的分析，以便更好地利用这些数据。目前

16、其进行更高层次的分析，以便更好地利用这些数据。目前的数据库系统，无法发现数据中存在的关系和规则，无法的数据库系统，无法发现数据中存在的关系和规则，无法根据现有的数据预测未来的发展趋势。缺乏挖掘数据背后根据现有的数据预测未来的发展趋势。缺乏挖掘数据背后隐藏的知识的手段，导致了隐藏的知识的手段，导致了“数据爆炸但知识贫乏数据爆炸但知识贫乏”的现的现象。象。l知识获得的途径知识获得的途径:通过书本知识的学习通过书本知识的学习l这类知识的逻辑性、系统性、结构性强，可以通这类知识的逻辑性、系统性、结构性强，可以通过学习和训练得到，但不易于直接应用；过学习和训练得到，但不易于直接应用；长期实践的经验积累或

17、向有经验的人学习长期实践的经验积累或向有经验的人学习 l这类知识的综合性、启发性、不确定性强，而结这类知识的综合性、启发性、不确定性强，而结构性、逻辑性、系统性差，尽管它一般缺乏严格构性、逻辑性、系统性差，尽管它一般缺乏严格的理论依据，难以保证其普遍适用性和正确性，的理论依据，难以保证其普遍适用性和正确性，但在一些应用场合却往往简洁、实用、有效。但在一些应用场合却往往简洁、实用、有效。l专家知识是将基本理论与一般原则和经验专家知识是将基本理论与一般原则和经验知识的有机结合而构成的综合体。知识的有机结合而构成的综合体。l人类专家知识人类专家知识 不稳定的，是不断在实践中积累、补充和完善的；它具有

18、专不稳定的，是不断在实践中积累、补充和完善的；它具有专有特性，为各个专家所专有，不便于交流与传播；有特性，为各个专家所专有，不便于交流与传播；结构性、系统性不强，不便于整理、编辑和形式化表达；结构性、系统性不强，不便于整理、编辑和形式化表达；获得往往要经长期亲身实践逐渐积累，代价极高。获得往往要经长期亲身实践逐渐积累，代价极高。l人工专家知识人工专家知识 相对稳定的（具有自学习功能的除外），相对稳定的（具有自学习功能的除外），便于复制、传播，可使更多的人共享宝贵的专家知识资源；便于复制、传播，可使更多的人共享宝贵的专家知识资源；用形式化表达，便于对知识进行整理与编辑；用形式化表达，便于对知识进

19、行整理与编辑；获取的代价相对较低（与培养一名人类专家相比）获取的代价相对较低（与培养一名人类专家相比）l专家系统是一种人工智能软件系统。专家系统是一种人工智能软件系统。l专家系统是一门综合性很强的边缘学科。专家系统是一门综合性很强的边缘学科。l专家系统的处理问题能力和水平取决于它拥专家系统的处理问题能力和水平取决于它拥有的知识容量与质量。有的知识容量与质量。l设备诊断专家系统往往可以兼有解释、诊断、设备诊断专家系统往往可以兼有解释、诊断、监督、预测、维修或指导等功能。监督、预测、维修或指导等功能。l专家系统诊断准确率的高低，主要取决于专家系统诊断准确率的高低，主要取决于知识库中知识的多少及正确

20、率的大小，其知识库中知识的多少及正确率的大小，其成功与否与领域专家的经验有关；成功与否与领域专家的经验有关；l知识的获取知识的获取是一个难度很大的问题。是一个难度很大的问题。l数据挖掘是一种新的信息处理技术。人们把数数据挖掘是一种新的信息处理技术。人们把数据看作是形成知识的源泉，好像从矿石中采矿据看作是形成知识的源泉，好像从矿石中采矿或淘金一样。或淘金一样。l知识发现和数据挖掘强调知识发现和数据挖掘强调事实第一事实第一，而专家系，而专家系统强调统强调经验第一经验第一。l数据挖掘可以形成专家系统的有力补充。我们数据挖掘可以形成专家系统的有力补充。我们在在。数据挖掘数据挖掘数据库越来越大数据库越来

21、越大有价值的知识有价值的知识可怕的数据可怕的数据 苦恼:淹没在数据中;不能制定合适的决策!-数据挖掘与统计学数据挖掘与统计学数据挖掘与人工智能数据挖掘与人工智能数据挖掘与数据库技术数据挖掘与数据库技术数据挖掘数据挖掘数据收集数据收集数据预处理数据预处理问题定义问题定义结果结果解释和评估解释和评估数据数据挖掘挖掘客户分析析基分因其他其他保险客户保险客户证券客户证券客户银行客户银行客户电信客户电信客户零售客户零售客户信用卡信用卡储蓄卡储蓄卡存折存折按揭按揭借贷借贷人类基因植物基因动物基因特殊群体基因基因序列基因序列基因表达谱基因表达谱基因功能基因功能基因制药基因制药 .发电机负荷在142MW143

22、MW低压缸差胀值:10.568-10.568 气缸膨胀值:22.149-22.149 凝汽器真空值:-95.971-95.971 级抽汽温度值:219.19-220.76 级抽汽温度值:331.14-333.48 抽汽压力值:27.155-27.253 轴承乌金温度值:83.028-83.028 轴承乌金温度值:69.548-69.548 轴承乌金温度值:72.674-72.674 轴承乌金温度值:61.929-61.929 轴承乌金温度值:61.538-61.538 轴承油压力值:1.23-1.23：S=50，C=67，分段数=5发电机负荷在153MW154MW气缸膨胀值:22.149-22

23、.149 凝汽器真空值:-95.971-95.971 抽汽压力值:28.718-28.767 轴承乌金温度值:83.028-83.028 轴承乌金温度值:69.548-69.548 轴承乌金温度值:72.674-72.674 轴承乌金温度值:63.59-63.59 轴承乌金温度值:61.538-61.538 轴承油压力值:1.23-1.23 高压油压力值:19.114-19.15：S=50，C=67，分段数=5发电机负荷在170MW175MW气缸膨胀值:22.149-22.149 凝汽器真空值:-95.971-95.971 级抽汽温度值:371.97-374.31 轴承乌金温度值:84.786

24、-84.786 轴承乌金温度值:83.81-83.81 轴承乌金温度值:69.548-69.548 轴承乌金温度值:72.674-72.674 轴承乌金温度值:63.59-63.59 轴承乌金温度值:61.538-61.538 轴承油压力值:1.23-1.23 高压油压力值:19.106-19.158：S=50，C=67，分段数=5l数据挖掘应用于数据挖掘应用于电厂电厂的故障监测与诊断的故障监测与诊断 数据挖掘用于机组的性能状态分析数据挖掘用于机组的性能状态分析 数据挖掘直接应用于电厂故障监测与诊断数据挖掘直接应用于电厂故障监测与诊断 数据挖掘应用于电厂的其他领域数据挖掘应用于电厂的其他领域

25、l1、实时运行系统。积累的数据可以进行机组的特性异常监测，性、实时运行系统。积累的数据可以进行机组的特性异常监测，性能统计以及对运行状态的评价等；能统计以及对运行状态的评价等；l2、生产早报和缺陷管理系统。可以统计机组中各种设备的故障率、生产早报和缺陷管理系统。可以统计机组中各种设备的故障率、不同缺陷的处理方法，为新出现的缺陷提供知识；不同缺陷的处理方法，为新出现的缺陷提供知识；l尽管现代化机组控制系统先进，自动化程度高，保尽管现代化机组控制系统先进，自动化程度高，保护功能多，但用来直接反映机组运行效益和进行故护功能多，但用来直接反映机组运行效益和进行故障诊断的专家系统还很不完善。目前只能由运

26、行人障诊断的专家系统还很不完善。目前只能由运行人员或技术人员通过对机组运行参数的分析来间接地员或技术人员通过对机组运行参数的分析来间接地反映和判断机组的健康水平，因此，对设备故障的反映和判断机组的健康水平，因此，对设备故障的判断和设备性能效益的评价缺乏预知性、准确性和判断和设备性能效益的评价缺乏预知性、准确性和科学性，而且费时费力。同时，对运行人员的优化科学性，而且费时费力。同时，对运行人员的优化操作和检修人员的状态检修也带来很大困难。操作和检修人员的状态检修也带来很大困难。一一汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理二二汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题三三汽轮机几种典型运行事故汽轮机几种典型运行事故四四与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理 五五汽轮机的全过程管理汽轮机的全过程管理六六汽轮机采用的提高经济性的先进技术汽轮机采用的提高经济性的先进技术七七汽轮机组状态的监测和故障诊断汽轮机组状态的监测和故障诊断