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(jī)組鍋爐四管泄漏的特點(diǎn)，建立了四管泄漏故障知識庫；運(yùn)用模糊識別方法對電站鍋爐四管泄漏進(jìn)行診斷，提出了一種運(yùn)用閥值原則結(jié)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(jīng)驗(yàn)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(guī)律和各種故障之間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：鍋爐； 泄漏； 故障診斷； 模糊數(shù)學(xué)

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

鍋爐是火力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行監(jiān)測與故障診斷一直是電廠工作人員和科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)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(nèi)工質(zhì)泄漏的故障。四管泄漏造成的非計(jì)劃停爐是電站鍋爐的主要設(shè)備事故，已對機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。準(zhǔn)確及時(shí)地診斷四管泄漏對于火力發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

本文針對某300MW鍋爐機(jī)組，對其四管泄漏故障狀態(tài)下的參數(shù)經(jīng)過提取、整理與轉(zhuǎn)化，建立了四管泄漏故障知識庫，并運(yùn)用閥值原則與最大隸屬原則相結(jié)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(shù)

電站鍋爐四管泄漏征兆參數(shù)的選取，應(yīng)注意參數(shù)與四管泄漏的相關(guān)性，同時(shí)還應(yīng)使所選參數(shù)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(qū)分開來。按照此原則，根據(jù)理論分析和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)選取四管泄漏相關(guān)征兆參數(shù)14個(gè)[3]。

2.電站鍋爐四管泄漏故障知識庫

多數(shù)文獻(xiàn)在建立故障知識庫時(shí)，將故障發(fā)生時(shí)對應(yīng)的故障征兆參數(shù)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(shù)值表示故障發(fā)生時(shí)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(yùn)算量較大。為減小故障知識庫的容量，故障特征向量中的數(shù)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(gè)征兆參數(shù)的值；xi為第i個(gè)故障相關(guān)參數(shù)的數(shù)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(biāo)個(gè)數(shù)；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(gè)征兆參數(shù)上升(或增大)、不變和下降(或減小)；a、b表示認(rèn)為故障參數(shù)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(nèi)容，以適應(yīng)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(shè)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的無故障狀態(tài)為v，則狀態(tài)v的特征向量可表示成v=(0，0，…0)．將無故障狀態(tài)v定義到數(shù)軸上的原點(diǎn)，典型故障j在數(shù)軸上對應(yīng)的點(diǎn)的位置數(shù)值為：

待識別故障在數(shù)軸上對應(yīng)的點(diǎn)的位置數(shù)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(shù)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(biāo)個(gè)數(shù)，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(gè)故障對應(yīng)的點(diǎn)之間的距離或各個(gè)故障對應(yīng)的點(diǎn)與無故障狀態(tài)對應(yīng)的點(diǎn)（原點(diǎn)）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(nèi)容，四管泄漏診斷步驟如下．

(1)設(shè)數(shù)軸上某點(diǎn)到原點(diǎn)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(tài)到原點(diǎn)的距離d0(u0，v)，

若d0(u0，v)≤r，則待識別狀態(tài)征兆為正常運(yùn)行狀態(tài)；

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

(2)設(shè)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(yīng)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(xiàn)：

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