程廣榮

（豐鎮(zhèn)市發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100）

1 國內(nèi)外發(fā)展概況

早期的故障診斷主要是依靠人工，利用觸、摸、聽、看等手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷。通過經(jīng)驗(yàn)的積累，人們可對(duì)一些設(shè)備故障做出判斷，但這種手段由于其局限性和不完備性，現(xiàn)在已不能適應(yīng)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備可靠性的要求。而信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種先進(jìn)數(shù)學(xué)算法的出現(xiàn)，為汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感技術(shù)等已成為汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)不可或缺的一部分。

1.1 國外發(fā)展情況

美國是最早從事汽輪機(jī)故障診斷研究的國家之一，在汽輪機(jī)故障診斷研究的許多方面都處于世界領(lǐng)先水平。目前美國從事汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)開發(fā)與研究的機(jī)構(gòu)主要有 EPRI及部分電力公司，西屋、Bently、IRD、CSI等公司。

美國Bechtel電力公司于1987年開發(fā)的火電站設(shè)備診斷用專家系統(tǒng)（SCOPE）在進(jìn)行分析時(shí)不只是根據(jù)控制參數(shù)的當(dāng)前值，而且還考慮到它們隨時(shí)間的變化，當(dāng)它們偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)還能對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，給出消除故障的建議說明，提出可能臨近損壞時(shí)間的推測。

美國Radial公司于1987年開發(fā)的汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷用專家系統(tǒng)（Turbomac），在建立邏輯規(guī)則的基礎(chǔ)上，設(shè)有表征振動(dòng)過程各種成分與其可能故障源之間關(guān)系的概率數(shù)據(jù)，其搜集知識(shí)的子系統(tǒng)具有人一機(jī)對(duì)話形式。該系統(tǒng)含有9 000條知識(shí)規(guī)則，有很大的庫容。

1.2 我國的發(fā)展情況

我國在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，但發(fā)展很快。一般說來，經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段是從20世紀(jì)70年代末到80年代初，在這個(gè)階段內(nèi)主要是吸收國外先進(jìn)技術(shù)，并對(duì)一些故障機(jī)理和診斷方法展開研究；第二階段是從20世紀(jì)80年代初期到現(xiàn)在，在這一階段，全方位開展了機(jī)械設(shè)備的故障診斷研究，引入人工智能等先進(jìn)技術(shù)，大大推動(dòng)了診斷系統(tǒng)的研制和實(shí)施，取得了豐碩的研究成果。1983年春，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修分會(huì)在南京召開了首次“設(shè)備故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測研討會(huì)”，標(biāo)志著我國診斷技術(shù)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，隨后又成立了一些行業(yè)協(xié)會(huì)和學(xué)術(shù)團(tuán)體，其中和汽輪機(jī)故障診斷有關(guān)的主要有中國設(shè)備管理協(xié)會(huì)設(shè)備診斷技術(shù)委員會(huì)、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修分會(huì)、中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì)故障診斷學(xué)會(huì)及其旋轉(zhuǎn)機(jī)械專業(yè)學(xué)組等。這期間，國際國內(nèi)學(xué)術(shù)交流頻繁，對(duì)于基礎(chǔ)理論和故障機(jī)理的研究十分活躍，并研制出了我國自己的在線監(jiān)測與故障診斷裝置，“八五”期間又進(jìn)行了大容量火電機(jī)組監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研究，各種先進(jìn)技術(shù)得到應(yīng)用，研究步伐加快，縮小了與世界先進(jìn)水平的差距，同時(shí)也形成了具有我國特點(diǎn)的故障診斷理論。

2 汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展

2.1 傳感器技術(shù)

由于汽輪機(jī)工作環(huán)境惡劣，所以在汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，對(duì)傳感器性能要求更高。目前對(duì)傳感器的研究，主要是提高傳感器性能和可靠性、開發(fā)新型傳感器，另外也有相當(dāng)一部分力量在研究如何診斷傳感器故障以減少誤診率和漏診率，并且利用信息融合進(jìn)行診斷。

現(xiàn)行的對(duì)傳感器自身故障檢測技術(shù)主要有硬件冗余、解析冗余和混合冗余，由于硬件冗余有其明顯的缺點(diǎn)，因而在實(shí)際中應(yīng)用較少。上海交通大學(xué)的林日升等對(duì)傳感器故障檢測和偽參數(shù)識(shí)別技術(shù)開展了研究工作。

2.2 信號(hào)分析與處理

2.2.1 故障機(jī)理

故障機(jī)理是故障的內(nèi)在本質(zhì)和產(chǎn)生原因。故障機(jī)理的研究，是故障診斷中的一個(gè)非?；A(chǔ)而又必不可少的工作。目前對(duì)汽輪機(jī)故障機(jī)理的研究主要從故障規(guī)律、故障征兆和故障模型等方面進(jìn)行。

由于大部分軸系故障都在振動(dòng)信號(hào)上反映出來，因此，對(duì)軸系故障的研究總是以振動(dòng)信號(hào)的分析為主。上海交通大學(xué)左人和從動(dòng)力學(xué)的角度研究了典型故障的響應(yīng)特征。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠與否，對(duì)汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的于達(dá)仁、徐基豫等在調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障診斷方面做了很多研究工作，他們給出了調(diào)節(jié)系統(tǒng)卡澀和非卡澀原因造成故障的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)診斷方法和診斷儀器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討。

基于小波分析方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的智能分析技術(shù)，是下一代故障檢測與判定（FDI）的重要內(nèi)核。國內(nèi)外在這方面進(jìn)行了很多的研究，目前應(yīng)用最多的是前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊診斷相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

2.2.2 國內(nèi)在故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面的研究

完整的汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)，應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理與分析、診斷和決策幾個(gè)部分，它是故障診斷技術(shù)的集中體現(xiàn)，我國早在20世紀(jì)80年代就開始了這方面的研究，到目前已研制開發(fā)出了幾十種系統(tǒng)。華北電力學(xué)院以模擬轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)作為信號(hào)源對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了研究。