火電技術汽機汽輪機故障診斷技術的發展與展望

程廣榮

（豐鎮市發電廠，內蒙古 豐鎮 012100）

1 國內外發展概況

早期的故障診斷主要是依靠人工，利用觸、摸、聽、看等手段對設備進行診斷。通過經驗的積累，人們可對一些設備故障做出判斷，但這種手段由于其局限性和不完備性，現在已不能適應生產對設備可靠性的要求。而信息技術和計算機技術的迅速發展以及各種先進數學算法的出現，為汽輪機故障診斷技術的發展提供了有利的條件。人工智能、計算機網絡技術和傳感技術等已成為汽輪機故障診斷系統不可或缺的一部分。

1.1 國外發展情況

美國是最早從事汽輪機故障診斷研究的國家之一，在汽輪機故障診斷研究的許多方面都處于世界領先水平。目前美國從事汽輪機故障診斷技術開發與研究的機構主要有 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年開發的火電站設備診斷用專家系統（SCOPE）在進行分析時不只是根據控制參數的當前值，而且還考慮到它們隨時間的變化，當它們偏離標準值時還能對信號進行調節，給出消除故障的建議說明，提出可能臨近損壞時間的推測。

美國Radial公司于1987年開發的汽輪發電機組振動診斷用專家系統（Turbomac），在建立邏輯規則的基礎上，設有表征振動過程各種成分與其可能故障源之間關系的概率數據，其搜集知識的子系統具有人一機對話形式。該系統含有9 000條知識規則，有很大的庫容。

1.2 我國的發展情況

我國在故障診斷技術方面的研究起步較晚，但發展很快。一般說來，經歷了兩個階段：第一階段是從20世紀70年代末到80年代初，在這個階段內主要是吸收國外先進技術，并對一些故障機理和診斷方法展開研究；第二階段是從20世紀80年代初期到現在，在這一階段，全方位開展了機械設備的故障診斷研究，引入人工智能等先進技術，大大推動了診斷系統的研制和實施，取得了豐碩的研究成果。1983年春，中國機械工程學會設備維修分會在南京召開了首次“設備故障診斷和狀態監測研討會”，標志著我國診斷技術的研究進入了一個新的發展階段，隨后又成立了一些行業協會和學術團體，其中和汽輪機故障診斷有關的主要有中國設備管理協會設備診斷技術委員會、中國機械工程學會設備維修分會、中國振動工程學會故障診斷學會及其旋轉機械專業學組等。這期間，國際國內學術交流頻繁，對于基礎理論和故障機理的研究十分活躍，并研制出了我國自己的在線監測與故障診斷裝置，“八五”期間又進行了大容量火電機組監測診斷系統的研究，各種先進技術得到應用，研究步伐加快，縮小了與世界先進水平的差距，同時也形成了具有我國特點的故障診斷理論。

2 汽輪機故障診斷技術的發展

2.1 傳感器技術

由于汽輪機工作環境惡劣，所以在汽輪機故障診斷系統中，對傳感器性能要求更高。目前對傳感器的研究，主要是提高傳感器性能和可靠性、開發新型傳感器，另外也有相當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行診斷。

現行的對傳感器自身故障檢測技術主要有硬件冗余、解析冗余和混合冗余，由于硬件冗余有其明顯的缺點，因而在實際中應用較少。上海交通大學的林日升等對傳感器故障檢測和偽參數識別技術開展了研究工作。

2.2 信號分析與處理

2.2.1 故障機理

故障機理是故障的內在本質和產生原因。故障機理的研究，是故障診斷中的一個非常基礎而又必不可少的工作。目前對汽輪機故障機理的研究主要從故障規律、故障征兆和故障模型等方面進行。

由于大部分軸系故障都在振動信號上反映出來，因此，對軸系故障的研究總是以振動信號的分析為主。上海交通大學左人和從動力學的角度研究了典型故障的響應特征。

調節系統的可靠與否，對汽輪機組的安全運行具有非常重要的意義。哈爾濱工業大學的于達仁、徐基豫等在調節系統故障診斷方面做了很多研究工作，他們給出了調節系統卡澀和非卡澀原因造成故障的數學模型，并對診斷方法和診斷儀器的實現進行了探討。

基于小波分析方法和神經網絡建立的智能分析技術，是下一代故障檢測與判定（FDI）的重要內核。國內外在這方面進行了很多的研究，目前應用最多的是前向神經網絡、BP神經網絡以及把神經網絡與模糊診斷相結合的模糊神經網絡等。

2.2.2 國內在故障診斷系統設計和系統實現方面的研究

完整的汽輪機故障診斷系統，應包括數據采集、信號處理與分析、診斷和決策幾個部分，它是故障診斷技術的集中體現，我國早在20世紀80年代就開始了這方面的研究，到目前已研制開發出了幾十種系統。華北電力學院以模擬轉子試驗臺作為信號源對汽輪發電機組振動監測與故障診斷系統進行了研究。