大型火電廠(chǎng)主要設備包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機等，完成從熱能到機械能再到電能的轉換過(guò)程。設備與設備之間的耦合性、系統的復雜性，以及設備在高溫、高壓、高速旋轉的特殊工作環(huán)境下，決定了火電廠(chǎng)是一個(gè)高故障率和故障危害性很大的生產(chǎn)場(chǎng)所，這些故障都將造成重大的經(jīng)濟損失和社會(huì )后果。因此，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段，對設備狀態(tài)參數進(jìn)行監測和分析，來(lái)判斷設備是否存在異常或故障、故障的部位和原因、故障的劣化趨勢，以確定合理檢修時(shí)機很有必要。
    一、火電廠(chǎng)主要設備的典型故障及其診斷方法
    1、鍋爐的主要故障及診斷方法
    主要故障
    （1）過(guò)熱器泄漏。過(guò)熱器泄漏爆管區集中在高溫過(guò)熱器下彎頭外圈向火側，主要原因是爐膛高度偏低，使該處出現過(guò)熱，此處也有選材裕度不足及焊接質(zhì)量問(wèn)題。
    （2）省煤器泄漏。主要原因是飛灰磨損造成管壁減薄，特別是在穿墻管、爐墻漏風(fēng)和彎頭處為常見(jiàn)。
    （3）水冷壁泄漏。主要原因是局部過(guò)熱和腐蝕，局部過(guò)熱是水循環(huán)破壞和管內結垢造成，而火焰偏斜或燃燒區煙溫過(guò)高則使水冷壁高溫腐蝕。
    （4）除塵器故障。主要原因有煙氣流速太快，灰粒的粒度較大，含塵濃度大，排煙溫度低于露點(diǎn)溫度等。
    診斷方法
    在鍋爐故障診斷中，物理診斷方法有：紅外測溫技術(shù)，具體應用范圍有鍋爐火焰和燃燒狀態(tài)進(jìn)行辨別與控制、熱力設備疲勞損傷、熱力設備熱機械學(xué)特征規律、熱力系統漏熱及保溫進(jìn)行診斷與評價(jià)、鍋爐熱污染控制等；超聲波診斷方法，它可用來(lái)監視爐膛上部區域的煙氣溫度，決定何時(shí)進(jìn)行吹灰操作，保持鍋爐良好的運行性能，監視爐膛各個(gè)燃燒器區域附近煙氣溫度，有助于識別和清除燃燒器故障導致的燃燒工況異常，同時(shí)可對污染物生成有重要影響的溫度的優(yōu)化控制，實(shí)現清潔燃燒；無(wú)損傷檢測技術(shù)是指對材料、部件進(jìn)行的非破壞檢測，以期發(fā)現表面和內部缺陷的一項技術(shù)。數學(xué)診斷方法有故障樹(shù)診斷法、模糊診斷方法等。在診斷系統方面，主要有清華大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的大型電站鍋爐遠程監測與故障診斷系統，華中科技大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐在線(xiàn)監測與狀態(tài)診斷專(zhuān)家系統等。
    2、汽輪機組的主要故障及診斷方法
    汽輪機的主要故障
    （1）不平衡。主要是由于轉子存在加工誤差和永久彎曲、葉片脫落、聯(lián)軸器漂偏、接長(cháng)軸制造不良、受熱不均勻或材質(zhì)缺陷而引起的熱撓曲等造成的。
    （2）不對中。主要原因是滑銷(xiāo)系統卡澀，汽缸溫差超限，機組升速太快，真空下降過(guò)大，基礎不均勻下沉等，使機組膨脹不暢和軸承座膨脹不均勻，以及聯(lián)軸器偏心等。
    （3）轉子碰摩。主要原因有汽封間隙設計和調整不當，汽缸膨脹不暢，汽缸熱變形過(guò)大，機組振動(dòng)過(guò)大和軸向位移增大等。
    （4）葉片脫落。主要是由于設計的強度不足，蒸汽參數波動(dòng)較大，機組在電網(wǎng)周波變化較大和低負荷下長(cháng)期運行，以及機組在小于額定轉速以下某轉速停留時(shí)間過(guò)長(cháng)等。
    （5）蒸汽激振。主要原因是由于高中壓轉子臨界轉速較低，并且高中壓轉子熱態(tài)下?lián)隙茸兓^大，軸承標高變化較大，接長(cháng)軸的加工和安裝質(zhì)量不良，聯(lián)軸器中心徑向或軸向誤差太大，軸系平衡和對中狀態(tài)惡化等，使高中壓轉子失穩。
    發(fā)電機的主要故障
    （1）油膜振蕩。主要是因為發(fā)電機轉子一階臨界轉速過(guò)低，并且三軸楔瓦穩定性差，在載荷減輕時(shí)，其失穩轉速過(guò)低。
    （2）定子線(xiàn)圈絕緣故障。主要是由于磨損、老化、污染及腐蝕等原因使絕緣失效，造成局部放      （3）電和溫度升高，以及由于綁扎不緊、冷卻水泄漏、疲勞磨損等原因使絕緣層損壞，造成線(xiàn)棒位移和匝間短路。
    （4）定子線(xiàn)圈過(guò)熱。主要是由于制造或安裝過(guò)程中某些缺陷使匝間短路，造成局部過(guò)熱。
轉子繞組故障。包括接地、匝間短路和斷線(xiàn)故障。接地和匝間短路障礙主要是由于絕緣降低和損壞引起的，接頭開(kāi)焊和熱變形會(huì )引起斷線(xiàn)。
    （5）冷卻水系統故障。主要是由于冷卻水泄漏、管道異物堵塞、誤動(dòng)作等使冷卻水流量降低和中斷，以及由于材料和安裝缺陷引起定子漏水。
    診斷方法
    在汽輪機組故障診斷中，振動(dòng)法是應用普遍也比較成熟的一種方法。應用熱力學(xué)分析診斷汽輪機組性能故障也是一個(gè)重要手段，另外還有油液分析、聲發(fā)射法、無(wú)損檢測技術(shù)等。聲發(fā)射法主要用于動(dòng)靜碰磨故障檢測、泄漏檢測等。日立公司在350MW汽輪機高中壓轉子上設置試片，在兩端軸承的軸瓦處進(jìn)行聲發(fā)射和記錄，診斷轉子的碰磨。在汽輪機組壽命診斷中，無(wú)損檢測技術(shù)應用相當重要，目前用到的非破壞性評價(jià)法主要包括硬度測定法、電氣抵抗法、超聲波法、組織對比法、結晶粒變形法、顯微鏡觀(guān)察測定法和X射線(xiàn)分析法等。
    現今國內外已經(jīng)研制開(kāi)發(fā)出了幾十種用于汽輪機組的故障診斷系統。國外主要有美國Radial公司開(kāi)發(fā)的汽輪發(fā)電機組振動(dòng)診斷用專(zhuān)家系統，西屋公司的汽輪發(fā)電機組故障診斷系統，Bendy公司的旋轉機械故障診斷系統。國內主要有上海大學(xué)研制的熱力參數監測和故障診斷系統TPD，該系統可以提高汽輪機組的運行可靠性，同時(shí)能夠優(yōu)化運行方案、提高運行效率、延長(cháng)運行壽命。由清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱電工儀表所等院所聯(lián)合研制200MM、300MW汽輪發(fā)電機組工況監測與故障診斷專(zhuān)家系統，可全面監測診斷機械振動(dòng)故障、氣隙振動(dòng)故障、熱因素引起的故障、機電耦合軸系扭振故障以及調節控制系統故障。
    3.變壓器的主要故障及診斷方法
    主要故障
    （1）線(xiàn)圈匝間短路。主要原因是絕緣老化或散熱不良或長(cháng)期過(guò)負荷，由于短路電動(dòng)力損傷匝間絕緣，繞組的材料或工藝方面的缺陷，進(jìn)水受潮，大氣或操作過(guò)電壓的襲擊。
    （2）繞組斷線(xiàn)。主要原因有短路電動(dòng)力使線(xiàn)圈斷線(xiàn)，焊接不良，匝間短路。
    （3）繞組對地擊穿。主要原因有主絕緣的老化，絕緣油受潮，繞組內有雜質(zhì)進(jìn)入，過(guò)電壓短路時(shí)線(xiàn)圈變形損壞，因冷卻系統故障、冷卻油道堵塞、保護失靈從而產(chǎn)生整體或局部過(guò)熱以致絕緣損壞。
    （4）繞組相間短路。主要原因與對地擊穿相似，也可能是引線(xiàn)間或套管間短路，油面過(guò)低。
    （5）鐵芯片局部短路或局部融毀。主要原因是鐵芯或扼鐵的螺桿絕緣損壞，故障處有金屬片使鐵芯片短路，片間絕緣損壞嚴重，接地方法不正確構成電流環(huán)路。
    （6）分接開(kāi)關(guān)接觸不良，觸頭表面熔化。主要原因是結構裝配上存在缺陷，切換分接頭后，接觸不可靠，動(dòng)觸頭彈簧壓力不夠，有載調壓裝置安裝調整不當。
    （7）套管對地閃絡(luò )或爆炸。主要原因是表面積灰，臟污，裂紋，密封不嚴，呼吸器配置不當。
    （8）負荷正常油溫升高。主要原因是繞組匝間短路，損耗增加，大電流連接處接觸不良，油位過(guò)低，冷卻效果差。
    診斷方法
    在變壓器故障診斷中，常用的方法有振動(dòng)分析法、油中氣體分析法、局部放電法、恢復電壓法、頻率響應分析法以及紅外診斷技術(shù)等。目前應用較多的主要是紅外診斷技術(shù)。在診斷系統方面，國內外學(xué)者和研究單位在這方面進(jìn)行了大量的工作，已經(jīng)研制出了具有故障檢測和初步診斷功能的專(zhuān)家系統，如河南電力試驗研究所開(kāi)發(fā)研究的電力變壓器故障診斷微機專(zhuān)家系統。此外，國內有許多著(zhù)名高校正在從事這方面的研究，取得了巨大的理論成果。
    二、目前火電廠(chǎng)設備故障診斷存在的問(wèn)題
    目前雖然有許多診斷方法和診斷系統應用于火電廠(chǎng)設備的故障診斷，并取得了很好的應用效果，但在實(shí)際應用時(shí)也存在著(zhù)不少的問(wèn)題，主要表現在以下幾個(gè)方面。
    1、檢測手段
    故障診斷的推理機制已經(jīng)達到很高的水平，但征兆的獲取成為了一個(gè)瓶頸，即大的問(wèn)題是檢測手段不能滿(mǎn)足診斷的需要，不能真實(shí)地反應故障的特征。
    2、復雜的故障機理
    對故障機理的了解是準確診斷故障的前提。目前，對電廠(chǎng)某些設備的復雜故障，很難從理論上給出解釋?zhuān)瑢ζ錂C理的了解并不深刻。
    3、人工智能應用
    專(zhuān)家系統作為人工智能在電廠(chǎng)主要設備故障診斷中的應用已獲得成功，但仍有一些關(guān)鍵的人工智能應用問(wèn)題需要解決，主要有知識的表達與獲取、自學(xué)習、智能辨識、信息融合等。
    4、診斷方法的單一性
    當前火電廠(chǎng)設備的故障診斷系統所用的診斷方法有模糊邏輯法、故障樹(shù)分析法、專(zhuān)家系統、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等。但是單一的診斷方法往往難以達到期望的診斷效果。
    5、故障定位
    目前的故障診斷系統常常只是進(jìn)行到故障類(lèi)型識別這一部分，不能確定故障的具體位置，且對設備的狀態(tài)進(jìn)行預測的功能研究不夠。
    三、火電廠(chǎng)設備故障診斷的發(fā)展
    1、故障診斷系統的發(fā)展趨勢
    （1）分層分布式結構的故障診斷系統
    火電機組的各子系統的結構和功能是分布式和多層次的，這種結構上的層次關(guān)系，要求其診斷系統是分布式和多層次的，由全局診斷系統和子診斷系統組成。全局診斷系統負責診斷任務(wù)的管理，包括將總體任務(wù)分解成子任務(wù)和向各子診斷系統分配任務(wù)，這些任務(wù)往往是相互耦合的。診斷子系統完成以后，通過(guò)對各子診斷系統結論的綜合，給出終結論。分布式故障診斷專(zhuān)家系統具有推理效率高，診斷速度快，系統可靠，適時(shí)性好的特點(diǎn)。
    （2）集成式故障診斷系統
    由于當前的診斷系統在推理方法上的單一性，在求解復雜系統的診斷問(wèn)題時(shí)受到很大的限制。未來(lái)的火電機組故障診斷系統，將根據不同子系統的特點(diǎn)采用不同的推理模型，甚至采用幾種不同推理模型進(jìn)行混合推理，各種推進(jìn)模型的優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮，從而提高推理速度和準確性。
    （3）構造大型監測診斷中心
    在同一電網(wǎng)中，有許多同類(lèi)型的火電機組在同時(shí)運行。構造大型監測診斷中心所帶來(lái)的好處是非常明顯的：便于集中保存機組的運行數據和機組健康狀況的資料；便于多臺機組之間、多個(gè)電廠(chǎng)之間共享已有的知識，便于知識庫的完善化；有利于機組的負荷調度。
    （4）自主閉環(huán)診斷系統
    全自主、閉環(huán)故障診斷系統能夠在人員不參與的情況下完成持續的故障診斷，形成決策，再由診斷系統發(fā)出相應的控制命令，對機組施加適當的控制。要實(shí)現自主閉環(huán)診斷，必須要有成熟和先進(jìn)的診斷技術(shù)。診斷系統的知識庫必須完備，診斷系統應有學(xué)習機制，能診斷不可預知的故障。
基于Internet的遠程故障診斷系統
    隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，使得基于Internet的遠程應用系統成為可能。將故障診斷系統與Internet相結合不但能夠獲取大量的故障案例與診斷經(jīng)驗，同時(shí)能夠共享診斷資源，實(shí)現專(zhuān)家異地會(huì )診，提高故障診斷水平。