工業汽輪機熱力性能在線監測與故障診斷的研究

郭智慧（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

1 工業汽輪機故障檢測診斷概述

隨著現代化工業體系的逐步完善，機械設備的發展態勢呈現出大型化、自動化、綜合性、復雜性的特征。不同的功能的設備構成一個有機的整體，其魯棒性越來越強，設備之間配合的緊密型越來越好，在生產過程中的互相聯系、耦合程度成為檢驗一個工業系統的重要標準。相對應地，一臺機械設備出現故障，就會造成整體的癱瘓，生產過程被迫中斷。

為了避免這一問題的出現，及時掌握不同設備的故障原因就成為關鍵。上世紀80年代以來，工業設備體系中開始引入在線故障檢測技術，主要針對關鍵部位進行監測和判斷，減少了人工排查故障的勞動，取得了較好的經濟效益。

國內開始設備在線故障診斷技術起步于上世紀80年代，最初主要在電力系統、石油化工系統、冶金系統和鐵路系統中發揮作用。進入90年代，由于計算機技術的快速發展，這一技術迅速擴展到國民經濟各種領域，其中大型汽輪機發電機組的在線監測和診斷技術就是典型的一種。

“十二五”期間，汽輪機發電機組的在線監測和診斷技術開始向信息化程度發展，一方面是得益于前期的研究和總結，另一方面得益于信息技術的發展，為系統整體的通信架構提供了基礎。我國一些高校如清華大學、哈爾濱工業大學等與國內知名研究機構共同開發，形成了具有獨立知識產權的技術體系。

至今為止，汽輪機發電機組的在線監測和診斷技術已經經歷了30多年的發展，這期間大量的融入先進科技，如材料技術、電力技術、磁力技術等，對診斷理論的完善有很大的促進作用。總地來說，這一技術涉及到控制理論、信息理論、評價理論、計算機科學、電子技術、神經診斷等十幾門理論學科，是典型的邊緣科學范疇。近年來，科研人員開始嘗試將人工智能與自動化技術結合，應用到這一技術當中，其目的是實現診斷和解決的結合。

隨著故障檢測診斷技術的不斷發展，汽輪機故障研究的大致方向為診斷和解決分離，對于一些常見的故障機理和特征在判斷的同時，配合輔助設備實現自動解決，提升整個系統的穩定性。

2 工業汽輪機熱力性能在線監測和故障診斷研究

2.1 故障信號采集

由于工業汽輪機的工作環境較為復雜，一旦出現故障，采取傳統的人工排查手段費時費力，因此信號采集手段是很好的解決方案；其中，針對熱力性能在線檢測判斷的技術，目前國內的信號采集手段主要是借助傳感器，其技術關鍵是傳感器靈敏性、自動化程度和通信手段。

因此，不斷提升傳感器技術就成了監測關鍵，新型傳感器的應用，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，目前最先進的技術是人工神經理論系統，我國的研究水平已經達到了國際先進行列，而硬件的研究方面還有所欠缺。

2.2 信息分析處理

汽輪機熱力性能的分析便于設定參考層次，如工業體系中的在線監測模塊同時綁定了信息處理功能，在操作中并不依賴計算機系統，這一處理方式比較適合汽輪機振動信號的分析處理。一般的汽輪機故障診斷是依賴于振動信號處理，采用快速傅立葉變換的理論；如果一個時期內檢測信號具有不同的頻率諧波函數的線性疊加，就認為信號是平穩的。

但事實上，很多的檢測信號并不是線性的，這也意味著傅立葉變換理論存在應用缺陷，因此國內專家再次基礎上加入了汽輪機動靜碰撞摩擦診斷體系和汽輪機軸心軌跡的異常檢測體系，從檢測手段上日漸豐富。

信息處理模塊的功能并不復雜，一旦檢測信號的對比與設定出現偏差，即返回異常報告信號，提醒操作人員根據指令進行檢查。

2.3 故障診斷體系

監測信息反饋是人機響應機制，由于大型汽輪機工作環境的復雜性，以及設備的大規模設置，要及時掌握信息反饋的內容并不容易。在這方面，國內外所采用的一種總線通信形式，可以在一定范圍內解決這一問題，即信號反饋做出警報提醒的同時，按照設定部位的順序反饋給總控室，總控室再次和檢修人員確認，做到故障排除的雙保險。

3 結語

工業汽輪機熱力性能在線監測與故障診斷技術日漸受到重視，其中對振動信號的診斷技術十分完善，但全面分析和典型故障的處理還缺乏有效性；研究表明，熱力參數診斷技術也是不可或缺的，圍繞著這一課題的研究還存在大量問題亟待解決。從發展趨勢來看，故障診斷與故障處理自動化的分離，更符合大型復雜機械設備的應用特點，這也將成為未來的一個主要研究方向。

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