電站鍋爐四管泄漏故障模糊識別方法研究

摘 要：針對300MW火電機組鍋爐四管泄漏的特點，建立了四管泄漏故障知識庫；運用模糊識別方法對電站鍋爐四管泄漏進行診斷，提出了一種運用閥值原則結合最大隸屬原則識別故障的新方法；提出了故障距離、無故障半徑、故障閥值距離等概念，給予模糊識別方法一種形象化的幾何表示。經驗證表明，該種新方法對于四管泄漏精度較高，該種幾何表示有利于揭示故障的規律和各種故障之間的聯系。

關鍵詞：鍋爐； 泄漏； 故障診斷； 模糊數學

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2012)02-179-001

鍋爐是火力發電機組的關鍵設備，其運行監測與故障診斷一直是電廠工作人員和科研工作者關注的焦點之一。四管泄漏是指鍋爐的水冷壁、省煤器、過熱器與再熱器管道破裂，造成管內工質泄漏的故障。四管泄漏造成的非計劃停爐是電站鍋爐的主要設備事故，已對機組安全、穩定運行構成了嚴重威脅。準確及時地診斷四管泄漏對于火力發電機組安全、經濟運行具有重要意義。

本文針對某300MW鍋爐機組，對其四管泄漏故障狀態下的參數經過提取、整理與轉化，建立了四管泄漏故障知識庫，并運用閥值原則與最大隸屬原則相結合的方法，診斷識別四管泄漏故障。在此過程中，提出了一種故障模糊識別的新方法，并將其表示成形象化的幾何形式。

一、電站鍋爐四管泄漏故障知識庫的建立

1.電站鍋爐四管泄漏征兆參數

電站鍋爐四管泄漏征兆參數的選取，應注意參數與四管泄漏的相關性，同時還應使所選參數能夠更明顯地將四管泄漏故障以及四管泄漏與其它故障區分開來。按照此原則，根據理論分析和機組運行數據選取四管泄漏相關征兆參數14個[3]。

2.電站鍋爐四管泄漏故障知識庫

多數文獻在建立故障知識庫時，將故障發生時對應的故障征兆參數的變化情況（增大或減小、升高或降低）匯總成故障征兆集，以0、1兩數值表示故障發生時該征兆不存在或存在。這種方法形成的故障征兆集包含的元素較多，建立的故障知識庫容量較大，故障知識庫的建立以及故障識別過程運算量較大。為減小故障知識庫的容量，故障特征向量中的數值表示成如下形式：

zij=1 x1＞a0 b≤x1≤a-1 x1＜b (1)

式中zij為典型故障j的特征向量中第i個征兆參數的值；xi為第i個故障相關參數的數值；i=1，2，…n，n為待識別故障與典型故障的特征向量所包含的特征指標個數；j=1，2，3，4，分別表示水冷壁泄漏、省煤器泄漏、過熱器泄漏與再熱器泄漏；zij取值1、0或－1，分別表示典型故障j的第i個征兆參數上升(或增大)、不變和下降(或減小)；a、b表示認為故障參數上升(或增大)、下降(或減小)的閥值。

二、電站鍋爐四管泄漏的模糊診斷理論

故障模糊診斷的理論方法有不同的具體內容，以適應不同的研究對象[4，5]。針對300MW電站鍋爐四管泄漏故障，本文提出一種新的故障模糊識別的方法。

設機組正常運行時的無故障狀態為v，則狀態v的特征向量可表示成v=(0，0，…0)．將無故障狀態v定義到數軸上的原點，典型故障j在數軸上對應的點的位置數值為：

待識別故障在數軸上對應的點的位置數值為：

此二式中zi、zij分別為待識別故障u0與典型故障uj的特征向量中的數值，即u0=(z1，z2，…zi，…zn)，uj=(z1j，z2j，…zij，…znj)，num (－1)j與num(－1)0為典型故障j與待識別故障中特征向量中取值為－1的特征指標個數，其余量意義同前．

故障位置的幾何表示如圖1所示．

定義各個故障對應的點之間的距離或各個故障對應的點與無故障狀態對應的點（原點）之間的距離為故障距離。則待識別故障與典型故障j之間的故障距離為：

dj(u0，v)=d0(u0，v)-dj(uj，v) (4)

基于上述內容，四管泄漏診斷步驟如下．

(1)設數軸上某點到原點的距離為無故障半徑，以r表示，作為無故障距離閥值，對于待識別狀態到原點的距離d0(u0，v)，

若d0(u0，v)≤r，則待識別狀態征兆為正常運行狀態；

若d0(u0，v)＞r，則待識別狀態征兆為故障狀態，進一步用最大隸屬原則識別。

(2)設待識別故障與四管泄漏四典型故障之間的故障距離的最小值為dmin，即

dmin=min(dj(u0，uj)) (5)

dsgxl為四管泄漏故障閥值距離，對于dsgxl，

若dmin＞dsgxl，則待識別故障不是四管泄漏故障（是四管泄漏之外的其它故障）；

若dmin≤dsgxl，則待識別故障是四管泄漏故障，是dj(u0，uj)中的最小者對應的故障。

該方法適用于電站鍋爐四管泄漏識別，對其具有較高的精度。

參考文獻：

[1]張清峰，陳英濤.鍋爐四管泄漏的規律及防范措施[J]．華北電力技術，2004，(11)：47~51

[2]陳鴻偉，丁盛，王春波等.基于聲發射技術的鍋爐“四管”泄漏檢測系統[J]．自動化儀表，2006，27(3)：42~44

[3]安連鎖，佟鵬，姜根山等.鍋爐“四管”爆漏原因分析[J].熱力發電，2008，37(6)：42~44

[4]王培紅，朱玉娜，賈俊潁等.模糊模式識別在凝汽器故障診斷中的應用[J]．中國電機工程學報，1999，19(10)：46~49．

[5]馬良玉，王兵樹，佟振聲等.對分式凝汽器故障診斷的模糊識別方法及神經網絡方法[J].中國電機工程學報．2001，21(8)：68~73