工業(yè)汽輪機(jī)熱力性能在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究

郭智慧（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

1 工業(yè)汽輪機(jī)故障檢測(cè)診斷概述

隨著現(xiàn)代化工業(yè)體系的逐步完善，機(jī)械設(shè)備的發(fā)展態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出大型化、自動(dòng)化、綜合性、復(fù)雜性的特征。不同的功能的設(shè)備構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，其魯棒性越來(lái)越強(qiáng)，設(shè)備之間配合的緊密型越來(lái)越好，在生產(chǎn)過(guò)程中的互相聯(lián)系、耦合程度成為檢驗(yàn)一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)應(yīng)地，一臺(tái)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，就會(huì)造成整體的癱瘓，生產(chǎn)過(guò)程被迫中斷。

為了避免這一問(wèn)題的出現(xiàn)，及時(shí)掌握不同設(shè)備的故障原因就成為關(guān)鍵。上世紀(jì)80年代以來(lái)，工業(yè)設(shè)備體系中開(kāi)始引入在線故障檢測(cè)技術(shù)，主要針對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷，減少了人工排查故障的勞動(dòng)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

國(guó)內(nèi)開(kāi)始設(shè)備在線故障診斷技術(shù)起步于上世紀(jì)80年代，最初主要在電力系統(tǒng)、石油化工系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)中發(fā)揮作用。進(jìn)入90年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)迅速擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種領(lǐng)域，其中大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)就是典型的一種。

“十二五”期間，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)開(kāi)始向信息化程度發(fā)展，一方面是得益于前期的研究和總結(jié)，另一方面得益于信息技術(shù)的發(fā)展，為系統(tǒng)整體的通信架構(gòu)提供了基礎(chǔ)。我國(guó)一些高校如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等與國(guó)內(nèi)知名研究機(jī)構(gòu)共同開(kāi)發(fā)，形成了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系。

至今為止，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，這期間大量的融入先進(jìn)科技，如材料技術(shù)、電力技術(shù)、磁力技術(shù)等，對(duì)診斷理論的完善有很大的促進(jìn)作用。總地來(lái)說(shuō)，這一技術(shù)涉及到控制理論、信息理論、評(píng)價(jià)理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子技術(shù)、神經(jīng)診斷等十幾門理論學(xué)科，是典型的邊緣科學(xué)范疇。近年來(lái)，科研人員開(kāi)始嘗試將人工智能與自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到這一技術(shù)當(dāng)中，其目的是實(shí)現(xiàn)診斷和解決的結(jié)合。

隨著故障檢測(cè)診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機(jī)故障研究的大致方向?yàn)樵\斷和解決分離，對(duì)于一些常見(jiàn)的故障機(jī)理和特征在判斷的同時(shí)，配合輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解決，提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 工業(yè)汽輪機(jī)熱力性能在線監(jiān)測(cè)和故障診斷研究

2.1 故障信號(hào)采集

由于工業(yè)汽輪機(jī)的工作環(huán)境較為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，采取傳統(tǒng)的人工排查手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此信號(hào)采集手段是很好的解決方案；其中，針對(duì)熱力性能在線檢測(cè)判斷的技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)的信號(hào)采集手段主要是借助傳感器，其技術(shù)關(guān)鍵是傳感器靈敏性、自動(dòng)化程度和通信手段。

因此，不斷提升傳感器技術(shù)就成了監(jiān)測(cè)關(guān)鍵，新型傳感器的應(yīng)用，可以大幅度降低誤診率和漏診率，而要滿足這一條件，就需要同時(shí)從硬件和軟件兩方面研究入手。單純地從軟件方面分析，目前最先進(jìn)的技術(shù)是人工神經(jīng)理論系統(tǒng)，我國(guó)的研究水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)行列，而硬件的研究方面還有所欠缺。

2.2 信息分析處理

汽輪機(jī)熱力性能的分析便于設(shè)定參考層次，如工業(yè)體系中的在線監(jiān)測(cè)模塊同時(shí)綁定了信息處理功能，在操作中并不依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這一處理方式比較適合汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)的分析處理。一般的汽輪機(jī)故障診斷是依賴于振動(dòng)信號(hào)處理，采用快速傅立葉變換的理論；如果一個(gè)時(shí)期內(nèi)檢測(cè)信號(hào)具有不同的頻率諧波函數(shù)的線性疊加，就認(rèn)為信號(hào)是平穩(wěn)的。

但事實(shí)上，很多的檢測(cè)信號(hào)并不是線性的，這也意味著傅立葉變換理論存在應(yīng)用缺陷，因此國(guó)內(nèi)專家再次基礎(chǔ)上加入了汽輪機(jī)動(dòng)靜碰撞摩擦診斷體系和汽輪機(jī)軸心軌跡的異常檢測(cè)體系，從檢測(cè)手段上日漸豐富。

信息處理模塊的功能并不復(fù)雜，一旦檢測(cè)信號(hào)的對(duì)比與設(shè)定出現(xiàn)偏差，即返回異常報(bào)告信號(hào)，提醒操作人員根據(jù)指令進(jìn)行檢查。

2.3 故障診斷體系

監(jiān)測(cè)信息反饋是人機(jī)響應(yīng)機(jī)制，由于大型汽輪機(jī)工作環(huán)境的復(fù)雜性，以及設(shè)備的大規(guī)模設(shè)置，要及時(shí)掌握信息反饋的內(nèi)容并不容易。在這方面，國(guó)內(nèi)外所采用的一種總線通信形式，可以在一定范圍內(nèi)解決這一問(wèn)題，即信號(hào)反饋?zhàn)龀鼍瘓?bào)提醒的同時(shí)，按照設(shè)定部位的順序反饋給總控室，總控室再次和檢修人員確認(rèn)，做到故障排除的雙保險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)汽輪機(jī)熱力性能在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)日漸受到重視，其中對(duì)振動(dòng)信號(hào)的診斷技術(shù)十分完善，但全面分析和典型故障的處理還缺乏有效性；研究表明，熱力參數(shù)診斷技術(shù)也是不可或缺的，圍繞著這一課題的研究還存在大量問(wèn)題亟待解決。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，故障診斷與故障處理自動(dòng)化的分離，更符合大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用特點(diǎn)，這也將成為未來(lái)的一個(gè)主要研究方向。

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[5]張霞.汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)故障診斷及性能分析[D].東北電力大學(xué),2009.