摘要：在我国火力发电机组自动化程度的逐渐提升的背景下，其在运行中发生故障的几率也随之升高。为此，提出了故障树分析法，将其应用到热工自动化故障诊断和检修之中，并通过列举故障分析法的实际应用案例，阐述了其在热工自动化检修中的优越性。
关键词：故障树分析法；电厂热工自动化；检修；应用
前言：热工自动化作为火电厂大型火力发电机组实现安全、经济运行的重要组成部分，是衡量火电企业现代化水平的重要指标，随着现代控制技术的快速发展和发电机组容量增大，热工自动化越来越趋向于大型化和复杂化，系统控制回路和变量越来越多，出现故障的几率也随之升高，且故障规律性越来越隐蔽，这些都给热工自动化的故障诊断、检修工作带来了很多困难。目前，用于热工自动化系统故障诊断的方法和技术很多，大致有故障树法、专家系统法、神经网络法等，但没有一种技术能够适应所有故障的诊断，而故障树分析法作为一种基于图形演绎的故障诊断方法，能够将系统故障与组成部件直接进行有机联系，对热工自动化系统而言，是一种行之有效的故障分析、诊断方法。
一、故障树分析法简介
故障树分析法即对可能导致故障的各方面因素进行全面分析和考虑，画出完整的故障树图，直观呈现系统失效的各种可能的组合方案及其概率大小，并据此排查故障原因并制定有效的维护与解决方案。故障树分析法具有以下特点：一是兼具定性与定量分析功能，无论对单因素故障还是多因素故障都有很好的排查效果；二是具有系统性和全面性的特点，可按从机械整体到局部零件、从总系统到子系统的思路进行由上而下的层层排查；三是可以借助计算机绘制逻辑图，提高故障分析的效率和准确性。首先，故障树分析法的逻辑性极强，它是利用图形展示的方式将工程机械故障以及故障与机械系统之间的关系较为直观地呈现出来，得到完整的逻辑关系图，维修人员可据此确定大致的故障范围，然后围绕这一故障范围进行层层剖析，直至将所有的故障都排查出来。其次，相对于其他的故障分析法，故障树分析法是一种较为人性化的方法，其不仅能够分析出系统内部的故障因素，而且能够考虑到软件、环境、人为等外部因素的影响。再次，故障树树分析法还具有一定的指引作用。在进行一次完整的故障树分析之后，就会得到一个故障树图，为后续的故障分析与维修提供参考和指引。同时，对于一些未参与过系统设计的人员来说，故障树图可以起到使用或维修指南的作用，可用来对工程机械操作人员进行培训，或帮助维修人员提高故障排查效率。
二、热工自动化系统存在的主要故障类型
火电厂热工自动化系统现场易发故障主要集中在以下几个方面。（1）来自于现场信号本身的故障。现场信号是指与电力生产过程密切相关的各类变送器、开关、执行机构以及温度传感器等输出的信号。一旦现场信号自身出现故障，会对DCS系统中的控制功能产生直接影响，同时，会导致监视数据误差，给操作人员产生误导作用，甚至引发误操作。现场信号故障可分为4个方面：①系统运行参数测量元件故障，如：热电偶断线、短接、损坏，测量元件质量不合格、安装不当等。②变送器存在问题，如：变送器电路故障、敏感元件损坏等。③接线故障，如接线端子松动、短接等。④阀门故障，比如：电动门、电磁阀等不能远程操作或状态错误。（2）PLC硬件或DCS系统存在的故障，比如：CPU模块故障、电源模块故障、I/O模块故障等。（3）系统硬件配置有误或软件组态存在问题，比如系统软件编辑、编译错误等。（4）现场运维人员操作不当引发的故障。
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三、故障树模型的建立步骤及诊断流程
故障树分析方法既能分析系统硬件自身的故障影响，又能够全面地分析环境因素、人为因素及软件因素等的影响。不但能够对系统故障产生的原因进行定性分析，从而明确导致系统故障的原因和原因组合，能够通过对各层事件结构的重要程度分析，通过采用布尔代数运算对故障树进行简化，确定最小割集和最小路集，判断出系统的薄弱环节及所有可能失效模式，还能够对系统的相关评价指标进行定量计算，并根据已经明确的已知单元的故障分布及发生概率，求得单元概率重要度，结构重要度、关键重要度和系统失效概率等定量指标。故障树分析法中故障树的建立主要分为以下几步。（1）顶事件的确定。对于火电厂热工自动化系统而言，就是表现出来的不希望发生的故障现象。（2）分析顶事件，即对系统故障的现象进行分析。通过对热工自动化系统故障现象进行分析，找到引发系统故障的直接原因，将故障现象当成一个输出事件，将可能导致系统故障的所有直接原因当作输入事件，并选取适当的逻辑门表示这些事件之间存在的内在逻辑关系。（3）中间事件分析。深入分析每一个和系统故障现象（顶事件）存在直接相关的输入事件（中间事件），如果这些输出事件还能够进一步进行分解，那么则需要将其进一步作为下一级的输出事件，并采用步骤（2）的方法，对其进行分析处理。（4）使用逆向思维。通过对已知输出事件的分析，利用逻辑关系找到存在问题（故障或失效）的输人事件，这样一棵倒置的故障树就完成了。
四、应用案例分析
汽轮机凝汽器真空下降是较为常见的热工自动化故障，为了查找导致该故障的真正原因，需要建立凝汽器真空下降故障的故障树。首先，将凝汽器真空下降故障作为故障树的顶事件，对该故障现象（顶事件）进行分析，分析引发凝汽器真空下降的直接原因，建立下一层的事件（中间事件），直到找最终原因（底层事件）为止。凝汽器内蒸汽饱和温度ts和循环水入口温度t1、循环水温升Δt、换热端差δt之间存在因果关系，因此，以这些因素作为中间事件，进一步查找引发这些因素异常的最终原因，建立故障树。通过凝汽器真空恶化诊断故障树，可以明确，影响凝汽器真空的底层事件共计有11个，这样只需要对这些底层事件涉及的实际监测和各种参数进行逐一分析和排查，就能很容易地找到导致凝汽器真空下降的真正原因。某火电厂300MW供热机组出现真空恶化故障，经过现场实际检测发现：循环水温升Δt在15℃～16℃（原设计Δt为6.5℃），传热端差δt在14℃～15℃（原设计δt为8℃）。有检测数据可知：循环水温升Δt和传热端差δt都高于原设计值，在汽轮机额定运行情况下，凝汽器排汽量Dc正常，经过详细检查存在发现循环水量不足问题，比设计值减少8000t/h，进一步检查发现，循环水排水沟受阻，因而减少了循环水进水量。影响δt因素也很多，经过逐一检查和分析发现，存在凝汽器铜管结垢超标问题，经测试清洁系数仅为0.39（原设计值为0.85），后对凝汽器铜管进行彻底清扫，同时对高压头循环水泵进行更换。经过此次大修处理，再次启动投运时，凝汽器真空达到了设计要求，真空下降故障得以解决。
结束语：
本文通过对火电厂热工自动化系统常见故障的总结分析，将故障树分析法这一理论应用于热工自动化故障检测之中，概述了故障树分析法的基本原理和建立步骤，并通过现场实际案例，详细地说明了故障树法在火电厂热工自动化系统故障检修中的优越性。从其应用情况来看，在火电厂热工自动化故障诊断和检修工作中应用故障树分析方法，具有一定的科学性、可靠性和准确性，可以实现热工自动化系统的预测检修向状态检修的过渡，节省大量人力和物力，降低机组停运带来的经济损失，从而提高发电机组运行的安全性和经济性。
参考文献：
[1]陈瑞勋，李青，解海涛.基于规则和故障树的故障案例库构建方法研究.航空制造技术，2017（3）：86-90.
[2]王久崇，位占杰.融入模糊推理的新型故障树诊断方法.计算机测量与控制，2016（10）：125-127.
论文作者:田雪
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/5
标签：故障论文; 凝汽器论文; 事件论文; 热工论文; 分析法论文; 系统论文; 火电厂论文; 《中国电业》2019年第13期论文;