基于故障邏輯樹和專家知識(shí)圖譜的ICS故障診斷和智能報(bào)警

邵戊辰 趙俊杰 任杰 賀延楓

摘要：針對(duì)燃煤火力發(fā)電站，基于智能DCS操作系統(tǒng)的智能發(fā)電平臺(tái)，建立邏輯故障樹的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，形成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的專家知識(shí)圖譜，進(jìn)而輔助故障的診斷、早期預(yù)警和及時(shí)處理，提升火電機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

關(guān)鍵詞：燃煤火力發(fā)電;智能DCS;邏輯故障樹;專家知識(shí)圖譜;早期故障診斷;根源分析

引言

現(xiàn)在燃煤火力電廠DCS系統(tǒng)的報(bào)警主要是超限報(bào)警和跳變報(bào)警，一旦發(fā)生報(bào)警，大概率是發(fā)生設(shè)備損壞或系統(tǒng)停運(yùn)的事件[1-3]。大規(guī)模的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量和可能出現(xiàn)的異常數(shù)量，遠(yuǎn)超出當(dāng)班的有限幾個(gè)運(yùn)行人員的反應(yīng)速度和理解能力[2-4]。一些故障信息不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很可能造成事故擴(kuò)大[3-5]。現(xiàn)有的報(bào)警均是基于單一條件、單一信號(hào)作為報(bào)警的判據(jù)，可靠性、準(zhǔn)確性差，適用性有限，只能在重要輔機(jī)故障和RB保護(hù)等有限條件下幾種典型故障工況下應(yīng)用[4-5]。

本研究針對(duì)燃煤火力發(fā)電站，基于智能DCS操作系統(tǒng)的智能發(fā)電平臺(tái)，建立邏輯故障樹的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，對(duì)已發(fā)生過的故障現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，提取故障典型特征，制定報(bào)警及控制策略，進(jìn)而輔助故障的診斷、早期預(yù)警和及時(shí)處理，極大提升火力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

1?邏輯故障樹和專家知識(shí)圖譜原理

基于邏輯故障樹的根源分析原理，將高級(jí)運(yùn)行員的專業(yè)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行規(guī)程、設(shè)備設(shè)計(jì)資料等，通過量化和邏輯化的手段，表達(dá)和固化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的代碼形式的邏輯故障樹和專家知識(shí)圖譜。例如典型的高壓加熱器（簡(jiǎn)稱高加）泄漏故障分析的邏輯故障樹，基于邏輯故障樹，智能診斷高加泄漏的判斷條件為：（1）高加給水溫升小于標(biāo)準(zhǔn)值XX℃;（2）高加上端差大于標(biāo)準(zhǔn)值XX℃;（3）高加下端差小于標(biāo)準(zhǔn)值XX℃;（4）給水泵電流大于標(biāo)準(zhǔn)值XX?A;（5）給水泵出口的給水流量大于標(biāo)準(zhǔn)值X%;（6）省煤器入口的給水流量小于標(biāo)準(zhǔn)值X%;（7）高加疏水門開度較標(biāo)準(zhǔn)值增大X%;（8）高加水位較標(biāo)準(zhǔn)值增大X%。采用基于邏輯故障樹的智能診斷分析后，底層DCS系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)高加泄漏故障更及時(shí)、更準(zhǔn)確。

基于邏輯故障樹建立專家知識(shí)圖譜，能夠進(jìn)行根源分析，通過故障構(gòu)成原因追溯，找到故障的源頭，進(jìn)行故障診斷。

基于智能DCS系統(tǒng)的主機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障的故障根源分析、診斷預(yù)警和故障處理畫面。基于邏輯故障樹建立專家知識(shí)圖譜，從故障全壽命周期管理的角度，創(chuàng)造性地在底層DCS平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)了故障追溯、根源分析、診斷、預(yù)警、報(bào)警和處理的全過程優(yōu)化閉環(huán)。已經(jīng)在智能DCS系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)的智能診斷分析模塊，包括磨煤機(jī)故障、給煤機(jī)故障、磨煤機(jī)加載油站故障、磨煤機(jī)滿煤、引風(fēng)機(jī)故障、送風(fēng)機(jī)喘振、引風(fēng)機(jī)喘振、一次風(fēng)機(jī)失速、引風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油站故障、凝泵故障、加熱器泄漏、電泵故障、汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障、電動(dòng)給水泵倒轉(zhuǎn)、主再熱汽門門桿斷裂等。智能DCS的故障診斷與根源分析功能已覆蓋大部分燃煤發(fā)電子系統(tǒng)。

2?實(shí)施效果和創(chuàng)新分析

智能DCS的報(bào)警預(yù)警分析診斷系統(tǒng)的實(shí)施效果和創(chuàng)新突破包括：

（1）增加了趨勢(shì)報(bào)警預(yù)警功能。1號(hào)機(jī)組共增加6300多條變化率或趨勢(shì)的預(yù)警或報(bào)警。

（2）基于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器自學(xué)習(xí)，訓(xùn)練出了1000多條標(biāo)準(zhǔn)值，即正常運(yùn)行工況下的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行參數(shù)。發(fā)生異常時(shí)，將運(yùn)行參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)超標(biāo)參數(shù)及時(shí)查找原因，實(shí)現(xiàn)異常工況的早期診斷、預(yù)警和報(bào)警。

（3）根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)生的故障，共整理出典型故障的邏輯診斷樹310項(xiàng)。成功將310條邏輯故障樹用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的根源診斷分析、故障威脅分析、早期預(yù)警和故障仿真培訓(xùn)等功能。

3?診斷報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)和效益

智能DCS的診斷報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：

（1）智能DCS的分析診斷系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多條件、多任務(wù)的報(bào)警和預(yù)警任務(wù)，從而提高了報(bào)警診斷的準(zhǔn)確性及可靠性。

（2）智能DCS的根源分析功能體現(xiàn)了初級(jí)的獨(dú)立分析、判斷、決策等智能特點(diǎn)。根源分析功能在極短時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)推理出引起故障報(bào)警事件發(fā)生的初始原因及發(fā)展演變過程，并直觀展示給運(yùn)行人員。

（3）以邏輯診斷樹為標(biāo)準(zhǔn)整理的310條專家知識(shí)圖譜，是自主設(shè)計(jì)、編制的針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類已發(fā)生事故的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和智慧凝練。專家知識(shí)圖譜針對(duì)性強(qiáng)，能夠切實(shí)解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的突出問題，對(duì)安全生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

4?結(jié)論

針對(duì)燃煤火力發(fā)電站，基于智能DCS操作系統(tǒng)的智能發(fā)電平臺(tái)，建立邏輯故障樹的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，極大提升火力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。結(jié)果表明：

（1）基于邏輯故障樹建立專家知識(shí)圖譜，不僅能夠進(jìn)行根源分析，通過故障構(gòu)成原因追溯，找到故障的源頭，進(jìn)行故障診斷;還能夠進(jìn)行故障推演和故障處理，形成從過去到未來時(shí)間主線的故障全壽命周期管理閉環(huán)。

（2）在智能DCS的報(bào)警和預(yù)警畫面，能夠直接對(duì)風(fēng)機(jī)喘振、高壓加熱器泄漏、主汽門門桿斷裂、給水泵再循環(huán)閥門內(nèi)漏等較為復(fù)雜的故障進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，并給出故障處理指導(dǎo)意見。

（3）智能DCS的報(bào)警預(yù)警分析診斷系統(tǒng)的實(shí)施效果和創(chuàng)新突破包括增加了6300多條趨勢(shì)變化的報(bào)警預(yù)警功能，訓(xùn)練出了1000多條正常運(yùn)行工況下的運(yùn)行參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值;整理出典型故障的邏輯診斷樹310項(xiàng);通過機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)故障類型辨識(shí)和根源分析。

參考文獻(xiàn)：

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第一作者簡(jiǎn)介：邵戊辰（1988-），男，河北人，華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程系碩士，工程師，國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司，主要研究火電廠智能控制策略領(lǐng)域。