大型火(huǒ)電廠主要設備包括鍋爐(lú)、汽輪機和發電機等，完成從(cóng)熱能到機械能再到電(diàn)能的轉換過程。設備與設(shè)備之間的耦合性、系統的複雜性，以及設備在高溫(wēn)、高壓、高速旋轉的特殊工作環境下，決(jué)定了火電廠是一個高(gāo)故障率和故障危害性很(hěn)大的生産場所，這些故障都将造成重大的(de)經濟損失和社會後果。因此，通過先進的技術手段，對設備狀态參數進行監測和分析，來判斷設備是否存在異常或故障、故(gù)障的部位和原因、故障的劣化趨勢，以确定合理檢修時機很有必要。
    一、火電廠主(zhǔ)要設備的典型故障(zhàng)及其診斷(duàn)方法
    1、鍋爐的主要故障及(jí)診斷方法
    主要(yào)故障
    （1）過熱器(qì)洩漏。過熱器洩漏爆管區集中在高溫(wēn)過熱器下彎頭外(wài)圈向火側，主(zhǔ)要原因(yīn)是爐膛高度偏低(dī)，使該處出現過熱，此處也有選材裕(yù)度不足及焊接質量問題。
    （2）省煤器洩漏。主要原因是飛灰磨損造成(chéng)管壁減薄，特别是在穿牆(qiáng)管、爐牆漏風和彎頭處為常見。
    （3）水冷壁洩漏。主要原因是局部過熱和腐蝕，局部過熱是(shì)水循環破壞和管内結垢造成，而火焰偏斜或燃燒區煙溫過高則使水冷壁高溫腐蝕。
    （4）除(chú)塵器故(gù)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(dù)低于露點溫度等。
    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)，具體應用範圍(wéi)有(yǒu)鍋爐火焰和燃燒狀态進行(háng)辨别與控制、熱力設(shè)備疲勞損傷、熱力設(shè)備(bèi)熱(rè)機械學特征規律、熱力系(xì)統漏熱及保溫進行診斷與(yǔ)評價、鍋爐熱污染控制等；超聲波診斷(duàn)方法，它可用來監視爐膛上部(bù)區域(yù)的煙氣溫度(dù)，決定何時進行吹灰操作，保持鍋爐良好的(de)運行性能，監視爐膛各個燃燒器區(qū)域附近煙(yān)氣溫度，有助于識别和(hé)清(qīng)除燃燒器故障導緻的燃燒工況異常，同時可(kě)對污染物生成有重要影響的溫度(dù)的優化(huà)控制，實現清潔燃燒；無損傷檢測技術是指對材料、部件進行的(de)非破壞檢(jiǎn)測，以期發現表面和(hé)内部缺陷的一項技(jì)術。數學診斷方法有故障樹診斷法、模糊診斷方法等。在診斷系統方(fāng)面，主(zhǔ)要有清華大學研(yán)究開(kāi)發的(de)大型電站鍋爐遠程監測(cè)與故障診斷系統，華中科技大學(xué)研(yán)究開發的循環流化(huà)床鍋爐(lú)在線監測與狀态診斷專家系統等。
    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(píng)衡。主要是由于轉(zhuǎn)子存在加工誤(wù)差和永久彎曲、葉片(piàn)脫落、聯軸器漂偏、接長軸(zhóu)制造不良、受熱不均勻或材質缺陷而引(yǐn)起的熱撓曲等造成的。
    （2）不(bú)對中。主要原因(yīn)是滑銷系統卡澀，汽缸溫差超限，機(jī)組升(shēng)速太快，真空下降過大，基礎不均(jun1)勻下沉等，使機組膨脹(zhàng)不暢和軸承座膨脹不均勻，以及聯軸器偏心等。
    （3）轉子碰摩。主要原(yuán)因有汽封間隙設計和調(diào)整不當，汽缸膨脹不暢，汽缸(gāng)熱變形(xíng)過大，機組振動(dòng)過大和軸向位移增大等。
    （4）葉(yè)片脫落。主要是由于設(shè)計的強度不足，蒸汽參數波動較大，機組(zǔ)在電網周波變化較大和低負荷下(xià)長期(qī)運行，以及機組在小于額定轉速以下某轉速停留時間(jiān)過長等。
    （5）蒸汽激振(zhèn)。主要原因是由于高中(zhōng)壓轉子臨界轉速較低，并且高中壓轉子熱态下撓度變化較大，軸承(chéng)标高變(biàn)化較大，接長軸的加工和(hé)安裝質量不(bú)良，聯軸(zhóu)器中心徑(jìng)向或軸向誤差太大，軸系平(píng)衡和對中狀态惡化等，使高(gāo)中壓轉子失穩。
    發電機的主要故障
    （1）油膜(mó)振蕩。主要是因(yīn)為發電機轉子一階臨界轉速過低，并且三軸楔瓦穩(wěn)定(dìng)性差，在載荷減輕時，其失穩轉速過低。
    （2）定子線圈絕緣故(gù)障。主要是由于磨損、老化、污染(rǎn)及腐蝕等原因使絕緣失效，造成局部放      （3）電和溫(wēn)度升高，以及由于綁紮(zhā)不緊、冷卻水洩漏、疲勞磨損等原因使絕緣層損壞，造成線棒位移(yí)和(hé)匝間短路。
    （4）定子線圈過(guò)熱。主要是(shì)由于制造或安裝過程中某些缺陷使(shǐ)匝間短路，造成局部過熱。
轉子繞(rào)組故(gù)障。包括接地、匝間(jiān)短路和斷(duàn)線故障。接地和匝間短路障礙主要是由于絕緣降低和損壞引起(qǐ)的，接頭開焊和熱變形會引起斷線。
    （5）冷卻水系統(tǒng)故障。主要是由于冷卻(què)水洩漏、管道異物堵塞、誤動作等使冷卻水流量降低(dī)和中斷(duàn)，以及由(yóu)于材料和安裝缺陷(xiàn)引起定子漏水。
    診斷方法(fǎ)
    在汽輪機組故障診斷中，振動法是應用(yòng)普遍也比(bǐ)較成熟的(de)一種方法。應用(yòng)熱力學分析診(zhěn)斷汽輪機組性能故(gù)障也是一(yī)個重(zhòng)要手段，另外還有油液分析、聲發射(shè)法、無損檢測技術等(děng)。聲發射法主要用于動靜碰磨故障檢測、洩漏檢測等。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行聲發射和記錄，診斷轉子的碰磨。在汽輪機組壽命(mìng)診斷中，無損檢測技術應用相當重(zhòng)要，目前用到的非破壞性評價法主要包括硬度測定法、電氣(qì)抵抗法、超(chāo)聲波法、組織對比法、結晶粒變形法(fǎ)、顯微(wēi)鏡觀察測定法和X射線分析法等(děng)。
    現今國(guó)内外已經(jīng)研制開發出了幾十種用于汽輪機組的故障診斷(duàn)系統。國外主要有(yǒu)美國Radial公司開發的汽輪發電機組振動診斷用(yòng)專家系(xì)統，西(xī)屋公司的汽(qì)輪發電(diàn)機組(zǔ)故障診斷系統，Bendy公司的旋轉機械故障診斷系統。國内主要有(yǒu)上海大學研制的熱力參數監測(cè)和故障(zhàng)診斷系統(tǒng)TPD，該系統可以提高汽輪機組的運行可靠性，同時能夠優化運行方案、提高運行效率、延長(zhǎng)運(yùn)行壽命。由清華大學、華(huá)中理工大學、哈爾濱工業大學、哈爾濱電工儀表所等院所聯合研制200MM、300MW汽輪發電(diàn)機組工況監測與故(gù)障診(zhěn)斷專家系統(tǒng)，可全面監測診斷(duàn)機械振動故障、氣隙振動故障、熱因(yīn)素引起的(de)故障、機電(diàn)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(jí)診斷方法
    主要故障
    （1）線(xiàn)圈匝間短路。主(zhǔ)要原(yuán)因是絕緣老化或散熱不良或長期過負(fù)荷，由于短路電動力損傷匝間(jiān)絕緣，繞組的材料或工藝方面的缺陷，進水受潮，大氣或(huò)操(cāo)作過電壓的襲擊。
    （2）繞組(zǔ)斷線。主要(yào)原因有(yǒu)短路電動力(lì)使線圈斷線，焊接不良，匝間短路。
    （3）繞組對地擊穿。主要原因有(yǒu)主絕緣的老化，絕緣(yuán)油受潮，繞組内有雜質進入，過電壓短路時線圈變形損壞，因(yīn)冷卻(què)系統故障、冷卻(què)油(yóu)道堵塞、保護失靈從而産生整體或局部過熱以緻絕緣損壞。
    （4）繞組相間短路。主要原因與(yǔ)對地擊穿(chuān)相似，也可能是引線間或套管間短路，油(yóu)面過低。
    （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杆絕緣損壞，故障處有金屬片使(shǐ)鐵芯片短路，片間絕緣損(sǔn)壞嚴重，接地方法不正确構成電流環路。
    （6）分接(jiē)開關(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(huàn)分接頭後，接(jiē)觸不可靠，動觸頭彈簧壓力不夠，有載調壓(yā)裝置(zhì)安裝調整不當。
    （7）套管對地(dì)閃絡或爆炸。主要原因是(shì)表面積灰(huī)，髒(zāng)污，裂紋，密封不嚴，呼吸器配置(zhì)不當。
    （8）負荷正常油溫升高。主要原因是繞組匝間(jiān)短路，損耗增加，大電(diàn)流連接處接觸(chù)不良，油位過低(dī)，冷卻效果差。
    診斷方(fāng)法
    在變壓器(qì)故障診斷中，常用的方法有振動分析法、油中氣體分析法(fǎ)、局部放電法、恢(huī)複電壓法、頻率響應分析法以及紅外診斷技術等。目前(qián)應用較多(duō)的主(zhǔ)要是(shì)紅外診斷技術(shù)。在診斷系統方面，國内外學者和研(yán)究單位在這方面進行了大量的工作，已(yǐ)經研制出了具有故障(zhàng)檢測和初步診斷功能的專家系統，如河南電力(lì)試驗研究所開發研究的電力(lì)變壓器故障診斷微(wēi)機專家系統。此外，國内有許多著名高校正在從事(shì)這方面的(de)研究，取得了巨大的理論(lùn)成果(guǒ)。
    二、目前火(huǒ)電廠設備故障診斷(duàn)存在的問題
    目前雖然(rán)有許多診斷方法和診斷系(xì)統應用于火電廠設備的故障(zhàng)診斷，并取(qǔ)得了很好的應(yīng)用效果，但在實(shí)際應用時也存在着(zhe)不少的問題，主要表(biǎo)現在以下幾個方面(miàn)。
    1、檢測手(shǒu)段
    故障診斷的(de)推理機制已經達(dá)到很高(gāo)的水平，但征兆的(de)獲取成為了一(yī)個瓶頸，即(jí)大的問題(tí)是檢測手段不能(néng)滿足診斷的需要，不能真實地反應故(gù)障的特征。
    2、複雜的故障機(jī)理
    對故障機理的了(le)解是準确診斷故障的前(qián)提。目前，對電廠(chǎng)某些設備的複雜故障，很難從理論上給出解釋，對其(qí)機理的了解并不深刻。
    3、人工智能應用
    專家系(xì)統作為(wéi)人工智能在電(diàn)廠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題需要解決，主要有知識的表達(dá)與獲(huò)取、自學習、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(duàn)系統所用(yòng)的診斷方法有模(mó)糊邏輯法、故障樹(shù)分析法、專家系統、人工神經網絡等(děng)。但是單一的診斷(duàn)方法往往難以達到期望的診斷效(xiào)果。
    5、故障定位
    目前(qián)的故障(zhàng)診斷系統常常隻是進行到故障類型識别這一部分(fèn)，不能确定故障的具體位置(zhì)，且對設備(bèi)的狀态進行預測的功能研究不夠。
    三、火電廠設備故障診斷的發展
    1、故障診斷系統的發展趨勢
    （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(céng)次的(de)，這種結構上(shàng)的層次(cì)關系，要求其診斷系統是分布式和多層次的，由全(quán)局診斷系統和子診斷系統(tǒng)組成。全局診斷系統負責診斷任務的管理，包括将總(zǒng)體任務分解成子任務和向各子診斷系統分配任(rèn)務，這些任務往往是相互耦合的。診斷子系統完成以後，通過對各子診(zhěn)斷系統結論的綜合，給出終結論。分布式故障診斷專家(jiā)系統具有推理效率高，診斷速度快，系統可靠，适時性(xìng)好的特點。
    （2）集成式故障診斷系統
    由于當前的診斷系統在推理方法(fǎ)上的單一性，在求解複雜系統的診斷(duàn)問題時受到很大(dà)的限制。未來的火電機組故障(zhàng)診斷(duàn)系統，将根(gēn)據不同(tóng)子系統的特點采(cǎi)用不同的推理模型(xíng)，甚至采用幾種不同推理模型進行混合推理，各種推進模型(xíng)的優勢将得到充分發揮，從而提高推理速度和準确性。
    （3）構造(zào)大型監測(cè)診斷中心
    在(zài)同一電網中，有許多同類型的火電機(jī)組在同時(shí)運行。構造大型監(jiān)測診斷中心所帶來的好處是非常明顯的：便于(yú)集中保存機組的運行(háng)數據和機(jī)組健康狀況的資料；便于多台機組之間、多(duō)個電廠之間共享已(yǐ)有的(de)知識，便于知識庫的完善化；有(yǒu)利于機組的(de)負荷調度。
    （4）自主閉環(huán)診斷系統
    全自主、閉環故障診斷(duàn)系統能夠在人員不參與的情(qíng)況下完成持續的故障診(zhěn)斷(duàn)，形成決策，再由診(zhěn)斷系統發出相應的控(kòng)制命令(lìng)，對機組施加适(shì)當的(de)控制。要實現自主閉環診斷，必須要有成(chéng)熟和先進的診斷技術。診斷系(xì)統的知識庫必須完備，診斷系統應有學習機制，能診斷不可(kě)預知的故障。
基于Internet的遠(yuǎn)程(chéng)故障診斷系(xì)統
    随着(zhe)計算機網絡技術的發展，使得基于Internet的遠(yuǎn)程應用系統成為可能。将故障診斷系統與Internet相結合不但能夠獲取(qǔ)大量的故(gù)障案例與診斷(duàn)經驗，同時能夠共享診斷資源(yuán)，實現專家異地會診(zhěn)，提高故障診斷水(shuǐ)平。