馬旭兵

（山西漳澤電力工程有限公司，山西 太原 030006）

機(jī)器設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，安全首先排在首位，就目前而言，對(duì)故障檢測提出了更高的要求。統(tǒng)計(jì)表明，使用故障診斷系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備的事故率大大降低，維護(hù)成本可降低約30%，從中不難看出，新科技新技術(shù)的投入與使用，對(duì)于提高效率，保證設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。伴隨機(jī)器設(shè)備越來越精密化、科學(xué)化，汽輪機(jī)的流動(dòng)部分會(huì)在高壓高溫，以及高速煩瑣的運(yùn)行條件下工作，這就導(dǎo)致哪怕一點(diǎn)細(xì)微的異常，也會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生隨著蒸汽輪機(jī)和相應(yīng)單元系統(tǒng)的復(fù)雜性逐漸增加，常規(guī)的檢測模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)下設(shè)備故障診斷的步伐。如何充分利用大量的汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地挖掘出數(shù)據(jù)的價(jià)值，已成為國內(nèi)外汽輪機(jī)故障診斷領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

1 汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)

汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)，是基于當(dāng)下的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過先進(jìn)科技進(jìn)行一個(gè)快速分析與診斷的系統(tǒng)，它可以同時(shí)對(duì)多方面的故障原因做出及時(shí)的診斷與分析，給予相關(guān)科研技術(shù)人員相關(guān)建議與數(shù)據(jù)分析，對(duì)作業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行全方位的監(jiān)控，保證安全運(yùn)行。

汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，機(jī)組診斷技術(shù)逐步走向成熟，根據(jù)專業(yè)知識(shí)，第一基礎(chǔ)性階段對(duì)汽輪機(jī)組故障進(jìn)行診斷，主要是依靠信息技術(shù)發(fā)出的信號(hào)檢測汽輪機(jī)運(yùn)行情況，第二階段主要是依托智能化信息技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)及檢測、診斷、反饋于一體，第三階段是智能化發(fā)展階段，因?yàn)槲覈诠收显\斷技術(shù)上還有很長的路要走。

2 汽輪機(jī)組故障診斷中存在的問題

2.1 檢測方式不合理

許多企業(yè)在對(duì)汽輪機(jī)故障進(jìn)行分析時(shí),最常使用的方法是推理算法，這種對(duì)汽輪機(jī)故障進(jìn)行推理算法，最直接的問題是無法獲知故障跡象,對(duì)誘發(fā)故障產(chǎn)生因素缺乏具體的分析。例如，對(duì)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子表面溫度的檢測、螺栓斷裂檢測等方面都缺乏有效的手段。

2.2 復(fù)雜故障處理效率低

汽輪機(jī)故障診斷的首要任務(wù)是了解汽輪機(jī)故障的機(jī)理,并仔細(xì)分析和診斷汽輪機(jī)故障的因素。考慮到蒸汽機(jī)結(jié)構(gòu)精密部件較多、故障診斷較難，如果維修人員缺乏相關(guān)理論知識(shí)與實(shí)際操作能力,很可能無法對(duì)故障進(jìn)行深入的分析與判斷,例如，熱狀態(tài)不穩(wěn)定的軸系、扭轉(zhuǎn)綜合問題等加大對(duì)汽輪機(jī)故障診斷難度，同時(shí)，任何設(shè)備故障的發(fā)生往往涉及的知識(shí)不是單方面的，一個(gè)問題的產(chǎn)生往往是多重因素相互作用形成的結(jié)果，這其中還涉及許多相關(guān)領(lǐng)域方面的知識(shí)，這就要求工作人員不僅要具有相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，還要有相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)作為基礎(chǔ)，如果缺少任何一項(xiàng)，就會(huì)導(dǎo)致故障處理效率緩慢，耽誤生產(chǎn)，無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

2.3 材料性能診斷較差

任何設(shè)備部件的使用壽命均有一定期限，因此，材質(zhì)的壽命長短對(duì)汽輪機(jī)組設(shè)備的使用期限和壽命也有直接聯(lián)系。在對(duì)機(jī)組故障診斷時(shí)，需檢測汽輪機(jī)材料性能，從其使用性能判斷蒸汽機(jī)使用壽命，就目前而言，對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備的材料質(zhì)量的檢測是非常關(guān)鍵的，但是，受相關(guān)條件的制約，我國對(duì)材料性能診斷技術(shù)比較落后，還有很多問題需要解決，例如，診斷人員缺乏相關(guān)的專業(yè)知識(shí)作為支撐，無法更好地對(duì)對(duì)故障誘發(fā)因素進(jìn)行分析。

2.4 診斷技術(shù)應(yīng)用推廣難度大

現(xiàn)階段，我國由于我國汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)還有待提高，對(duì)故障診斷技術(shù)理念認(rèn)識(shí)不清晰，主要是各研發(fā)機(jī)構(gòu)相對(duì)分散,無法集中管理,導(dǎo)致存在較多重復(fù)性工作，浪費(fèi)大量人力和物力，導(dǎo)致系統(tǒng)升級(jí)難度大，技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化率低，生產(chǎn)管理和診斷技術(shù)集成性差，由于生產(chǎn)管理和診斷技術(shù)等問題導(dǎo)致企業(yè)效益低。

3 汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)的發(fā)展

3.1 信號(hào)的采集與分析

（1）傳感器技術(shù)。汽輪機(jī)一般是在高溫高壓的條件下工作，因此,電力公司對(duì)汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)提出更高的要求，尤其是傳感性能方面。目前，我國傳感器研究主要集中在提高傳感器性能以及在診斷過程中提高診斷正確率，從而全面分析診斷信息。傳感器技術(shù)因其范圍廣，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用。

（2）信號(hào)采集、分析與處理。汽輪機(jī)故障診斷通常是用振動(dòng)信號(hào)輔助分析和處理。在這一階段，振動(dòng)信號(hào)處理是建立在快速傅立葉變換（FFT）思想基礎(chǔ)上，F(xiàn)FT把時(shí)域中的信號(hào)進(jìn)行函數(shù)線性疊加處理，判斷信號(hào)是否穩(wěn)定。FFT通過對(duì)波形的反饋情況，能及時(shí)判斷出在不同波形中所對(duì)應(yīng)的故障，正常狀態(tài)下的信號(hào)波形應(yīng)為比較平滑的波形，反之，出現(xiàn)故障時(shí)的波形比較雜亂，重復(fù)性差。在實(shí)際應(yīng)用中，此種方法更適用對(duì)信號(hào)穩(wěn)定的汽輪機(jī)故障進(jìn)行診斷，實(shí)際應(yīng)用范圍比較廣。

3.2 汽輪機(jī)組故障診斷的機(jī)理和策略

（1）故障機(jī)理。故障機(jī)制是對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，在對(duì)汽輪機(jī)故障進(jìn)行診斷過程中，需要對(duì)故障機(jī)理有一定的了解，才能開展故障診斷工作。目前，我國汽輪故障維護(hù)工作人員先對(duì)故障機(jī)理進(jìn)行分析，了解汽輪機(jī)組故障癥狀，分析故障發(fā)生規(guī)律，并構(gòu)建故障模型，振動(dòng)信號(hào)分析是對(duì)大部分軸系統(tǒng)故障進(jìn)行分析的主要方法，通過構(gòu)建瀑布圖，對(duì)故障進(jìn)行分析，通過分析靜摩擦問題、旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測可以診斷故障特征，從而采取合適的檢測技術(shù)，在調(diào)試汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，判斷故障發(fā)生原因，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)卡死和非卡死原因故障進(jìn)行模型分析。

（2）診斷策略與方法。目前，汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)用在邏輯診斷、統(tǒng)計(jì)診斷及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷等方面，然而，在工業(yè)生產(chǎn)中最常用的是模糊診斷、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，很多學(xué)者側(cè)重人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷策略的研究。

（3）故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。相對(duì)完整的汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)應(yīng)包括以下部分：數(shù)據(jù)收集、信號(hào)分析和處理，診斷和決策。這四大板塊每一項(xiàng)的實(shí)際應(yīng)用狀況，都直接反映了汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的質(zhì)量。汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)的研究始于1980年。迄今為止，我國已研究開發(fā)了數(shù)十種故障診斷系統(tǒng)，例如，MM-MD診斷系統(tǒng)，大型電站性能與振動(dòng)遠(yuǎn)程檢測分析與診斷系統(tǒng)等，從多個(gè)方面提高了故障診斷系統(tǒng)的可靠性和效率，并優(yōu)化了運(yùn)行程序，延長了使用壽命。

4 汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1 遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)的發(fā)展

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)協(xié)同診斷技術(shù)的應(yīng)用可以將汽輪機(jī)組的診斷信息輸入診斷數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，為便于同一型號(hào)汽輪機(jī)組發(fā)生類似故障，可以根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)快速搜索系統(tǒng)，并給出相應(yīng)的診斷方案。同時(shí)，還提供有效的數(shù)據(jù)幫助，以滿足不同類型蒸汽輪機(jī)的故障檢測的要求。

遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)的發(fā)展必將在未來很長一段時(shí)間內(nèi)成為趨勢，這與當(dāng)下科技的進(jìn)步與網(wǎng)絡(luò)信息化數(shù)字化的普及是密切相關(guān)聯(lián)的，這是保證遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。診斷信息資源可以通過數(shù)據(jù)庫共享，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫診斷，網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建的系統(tǒng)可以在一定程度上降低成本。實(shí)際上，只有實(shí)現(xiàn)高效診斷和低成本的最終目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)的在線工作特性允許動(dòng)態(tài)監(jiān)控，這才真正實(shí)現(xiàn)了管理，保證汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性方面發(fā)揮了有效作用。

4.2 人工智能專家系統(tǒng)的應(yīng)用

為不斷提高汽輪機(jī)診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可采用人工智能技術(shù)將專家診斷系統(tǒng)的建立與具有更強(qiáng)自適應(yīng)仿真能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，發(fā)揮作用。人工智能模擬人腦思維學(xué)習(xí)和重新記憶主動(dòng)搜索，輸入汽輪機(jī)故障原因和故障源，幫助專家系統(tǒng)在識(shí)別汽輪機(jī)故障檢測以及使用人工方法方面提供有效幫助的優(yōu)勢。人工智能專家系統(tǒng)的應(yīng)用可以記錄實(shí)際蒸汽輪機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的問題。通過以不同的方式輸入系統(tǒng)單元，當(dāng)下次遇到類似問題時(shí)，系統(tǒng)可以快速定位問題的本地單元，智能地主動(dòng)學(xué)習(xí)和搜索以及自我完善的更新方法有助于神經(jīng)源單元的內(nèi)部交互，從而提高汽輪機(jī)診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和完整性。

5 結(jié)語

面對(duì)汽輪機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)故障誘發(fā)因素進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的分析判斷更為重要，因此，要及時(shí)轉(zhuǎn)變思維模式，緊跟世界發(fā)展趨勢，結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)與軟件，可知汽輪機(jī)故障檢測方法是否正確，同時(shí)，還可以診斷復(fù)雜故障，判斷是材料問題或者是人工智能應(yīng)用問題。通過對(duì)汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)提高汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)有很大的幫助，擴(kuò)大汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的應(yīng)用范圍，從而提高使用的安全性，進(jìn)一步促進(jìn)電力工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。