汽轮机发电系统运行维护故障诊断措施探析

1、汽轮机发电系统运行维护故障诊断措施探析    【摘要】汽轮机组是发电系统重要设备组成部分，汽轮机组由汽轮机本体、凝汽系统、回热系统、调节保安系统等子系统组成。由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，汽轮发电机组的故障率不低，一旦出现故障将对整个发电系统都有重要的影响。因此，对于汽轮机组运行系统的维护具有重要的现实意义。 【关键词】汽轮机；故障诊断；传感技术 前言 汽轮机组是以蒸汽为工质的原动机，在电力、冶金、钢铁、化工、船舶等工业领域里具有广泛的用途。特别是在电力工业中，汽轮机组是火力发电厂的三大主机之一，用于驱动发电机发出电能。汽轮机组是一个机、电、

2、液耦合在一起的复杂系统，由于汽轮机组结构的特殊性及工作时间长、关键部位长期磨损状态下，在高转速、高应力状态下，部件承受的载荷大，承受各种交变应力的作用状况下，时常造成汽轮机组出现故障，汽轮机组是一种故障率高、故障危害性大的高速旋转机械。一旦出现故障，轻则造成重大经济损失，重则造成设备损坏和人身伤亡，造成严重的社会后果。为了保障经济生产的发展与居民用电的稳定，故障率的减少对于整个供电系统都有着重要的意义，因此，汽轮机组的故障诊断问题已成为相关企业机构高度重视的问题。 1汽轮机工作原理 电厂汽轮机工作原理就是能量转换过程，即热能-动能-机械能。汽轮机组的功能是将蒸汽的热能转换成转子的旋转机械能，将

3、蒸汽的热能转换为汽轮机轴的回转机械能。主要是通过热能，火电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将来自锅炉的具有一定温度、压力的蒸汽经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，因而汽压，汽温降低，速度增加，蒸汽的热能转变为动能。然后蒸汽流从喷嘴流出，以高速度喷射到叶片上，高速汽流流经动叶片组时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转作功，叶轮带动汽轮机轴转动，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械能，从而完成了蒸汽的热能到轴旋转的机械能的转变，通过联轴器驱动发电机发电。为了实现能量转换，汽轮机本体

4、在结构上必须有固定部分和旋转部分。其中，固定部分实现对高温高压蒸汽的膨胀加速，将蒸汽的热能转换为蒸汽的动能；转动部分实现将蒸汽的动能转换为转子的旋转机械能。而转动部分通常与转轴一起支承在汽缸上或基础上。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机排汽部分排出，排汽至凝汽器凝结成水，再送至加热器、经给水送往锅炉加热成蒸汽，如此循环。也就是蒸汽的热能在喷嘴栅中首先转变为动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。 2汽轮机组故障诊断技术 2.1传感技术 由于汽轮机组工作环境的特殊性（高温、高压、高转速、高应力），所以在汽轮机组故障诊断系统中，对

5、传感器的性能要求很高。目前，对传感器的研究，主要是提高传感器性能的可靠性、开发新型传感器，以及研究如何诊断传感器故障以减少误诊率和漏诊率等方面的问题。当前，通过研究利用多传感器信息融合技术来诊断故障。提高对故障的分辨率。 2.2信号分析与处理。 在信号分析与处理研究领域中，最具有吸引力的是振动信号的分析与处理。汽轮机组故障诊断系统中的振动信号处理大多采用快速傅立叶变换（FFT）。FFT的思想在于将一般时域信号表示为具有不同频率的谐波函数的线性叠加，它认为信号是平稳的。所以，分析出的频率具有统计不变性。FFT对很多平稳信号的情况具有适用性，因而得到了广泛的应用。但是，实际中的很多信号是非线性、非

6、平稳的，所以为了提高分辨精度，新的信号分析与处理方法成为该领域的重要研究课题。目前，信号分析与处理的方法有变时基FFT、短时基FFT、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。 2.3振动诊断 汽轮机组是旋转机械，其旋转运动是一个激励源。机械振动在机组各部件中传递，直达设备的表面。机组在工作过程中产生的振动，包含了很多状态信息。采集这些振动信号，提取信息，就可以从中诊断出机械设备及其工作过程的状态。利用振动信号对汽轮机组在运行中产生故障诊断，是当前最常用的诊断手段。 2.4噪声诊断 机械振动势必会产生噪声，噪声信号中包含了机组的丰富的状态信息，过去是靠人耳的感觉

7、和经验来实现监测和判断的。现在。对噪声测试分析的手段、方法和理论日臻完善，已实现对设备的在线实时监测和诊断。在设备状态监测和故障诊断中.所碰到的噪声有两类。一类是指一些不规则的、间歇的或随机的声波；另一类是指不希望有的扰动或干扰声音，有时也包括那些在有用频带内任何不需要的干扰。 3电厂汽轮机组常见故障 3.1汽轮机水冲击故障分析及预防措施 水或低温饱和蒸汽进入汽轮机使处于高温下的金属部件突然冷却而急剧收缩，产生较大的热应力和热变形，机组产生强烈振动，如汽封处的转子表面受到汽封供汽系统来的水或冷蒸汽的反复急剧冷却，就会出现裂纹并不断扩大。汽轮机进入水或冷凝汽后，会造成严重后果，造成水冲击的主要有

8、以下几个原因：（1）锅炉方面，锅炉蒸发量过大或不均，化学水处理不当引起汽水共腾。启动过程中升压过快，气压控制不当，蒸汽过热度降低，导致管道内集结凝结水；（2）汽轮机方面，汽轮机启动过程中，汽水系统暖管时间不够，疏水不净，汽轮机回热系统加热器水位高，且保护装置失灵，使水经抽汽管道返回汽轮机内造成水冲击。（3）操作不当，热蒸汽冷段采用喷水减温时，由于操作不当或阀门不严，减温水积存在再热蒸汽冷段管内或倒流入高压缸中，当机组启动时，积水被蒸汽带入汽轮机内。 预防措施：（1）启、停机过程中，应认真监视和记录各主要参数。包括主、再热汽温，压力，各缸温度，法兰、螺栓温度，缸差，轴向位移，排汽温度等。机组冲转

9、过程中因振动异常停机而必须回到盘车状态时，应全面检查，认真分析，查明原因，严禁盲目启动。（2）当汽轮机发生水冲击时，应立即破坏真空、停机。在重新启动过程中，若发现汽机内部或转动部分有异音，或转动部分有摩擦，应立即拍机，并进入人工盘车。 3.2汽轮机异常振动故障原因及维护方法 汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，比如进汽参数、疏水、油温、油质、等等。引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面：汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。因此，针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要，只有查明原

10、因才能对症维修。在进行异常振动故障排除时，维护人员不能急于拆解机组，首先要根据故障特点进行故障分析，确定故障点后查看机组维修记录，确认故障点零部件运行情况，必要时可以单独测试部分零部件，或在一定条件下进行故障排除，一般来讲短期内进过维护保养的部件出现故障的几率远远小于维护时间长的部件。在进行汽轮机异常振动原因分析时要格外注意。许多情况时需要维修人员长期积累的经验来判断的，加强企业汽轮机组维护人员培训，提高维修人员素质及专业技能时提高汽轮机故常排除效率的最佳途径。 4结束语 通过对汽轮机组故障诊断，能及时快速判断各种异常状态，预防或消除潜在故障，保证机组发挥最大的设计能力，提高设备的可靠性、安全性和有效性，从而将故障损失降低到最低水平，避免经济损失和