試論汽輪機組故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

馬旭兵

（山西漳澤電力工程有限公司，山西 太原 030006）

機器設備在運轉(zhuǎn)的同時，安全首先排在首位，就目前而言，對故障檢測提出了更高的要求。統(tǒng)計表明，使用故障診斷系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)動力設備的事故率大大降低，維護成本可降低約30%，從中不難看出，新科技新技術(shù)的投入與使用，對于提高效率，保證設備安全平穩(wěn)運行起到關(guān)鍵作用。伴隨機器設備越來越精密化、科學化，汽輪機的流動部分會在高壓高溫，以及高速煩瑣的運行條件下工作，這就導致哪怕一點細微的異常，也會導致事故的發(fā)生隨著蒸汽輪機和相應單元系統(tǒng)的復雜性逐漸增加，常規(guī)的檢測模式已經(jīng)無法滿足當下設備故障診斷的步伐。如何充分利用大量的汽輪機運行數(shù)據(jù)，準確地挖掘出數(shù)據(jù)的價值，已成為國內(nèi)外汽輪機故障診斷領域的研究重點。

1 汽輪機組故障診斷技術(shù)

汽輪機故障診斷技術(shù)，是基于當下的知識與經(jīng)驗，經(jīng)過先進科技進行一個快速分析與診斷的系統(tǒng)，它可以同時對多方面的故障原因做出及時的診斷與分析，給予相關(guān)科研技術(shù)人員相關(guān)建議與數(shù)據(jù)分析，對作業(yè)生產(chǎn)進行全方位的監(jiān)控，保證安全運行。

汽輪機組故障診斷技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，機組診斷技術(shù)逐步走向成熟，根據(jù)專業(yè)知識，第一基礎性階段對汽輪機組故障進行診斷，主要是依靠信息技術(shù)發(fā)出的信號檢測汽輪機運行情況，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，因為我國在故障診斷技術(shù)上還有很長的路要走。

2 汽輪機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)在對汽輪機故障進行分析時,最常使用的方法是推理算法，這種對汽輪機故障進行推理算法，最直接的問題是無法獲知故障跡象,對誘發(fā)故障產(chǎn)生因素缺乏具體的分析。例如，對運行中轉(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 復雜故障處理效率低

汽輪機故障診斷的首要任務是了解汽輪機故障的機理,并仔細分析和診斷汽輪機故障的因素?？紤]到蒸汽機結(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)理論知識與實際操作能力,很可能無法對故障進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)綜合問題等加大對汽輪機故障診斷難度，同時，任何設備故障的發(fā)生往往涉及的知識不是單方面的，一個問題的產(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)領域方面的知識，這就要求工作人員不僅要具有相關(guān)的工作經(jīng)驗，還要有相關(guān)領域的知識作為基礎，如果缺少任何一項，就會導致故障處理效率緩慢，耽誤生產(chǎn)，無法達到預期的目標。

2.3 材料性能診斷較差

任何設備部件的使用壽命均有一定期限，因此，材質(zhì)的壽命長短對汽輪機組設備的使用期限和壽命也有直接聯(lián)系。在對機組故障診斷時，需檢測汽輪機材料性能，從其使用性能判斷蒸汽機使用壽命，就目前而言，對汽輪機設備的材料質(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)知識作為支撐，無法更好地對對故障誘發(fā)因素進行分析。

2.4 診斷技術(shù)應用推廣難度大

現(xiàn)階段，我國由于我國汽輪機故障診斷技術(shù)還有待提高，對故障診斷技術(shù)理念認識不清晰，主要是各研發(fā)機構(gòu)相對分散,無法集中管理,導致存在較多重復性工作，浪費大量人力和物力，導致系統(tǒng)升級難度大，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)等問題導致企業(yè)效益低。

3 汽輪機組故障診斷技術(shù)的發(fā)展

3.1 信號的采集與分析

（1）傳感器技術(shù)。汽輪機一般是在高溫高壓的條件下工作，因此,電力公司對汽輪機故障診斷技術(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，被廣泛應用。

（2）信號采集、分析與處理。汽輪機故障診斷通常是用振動信號輔助分析和處理。在這一階段，振動信號處理是建立在快速傅立葉變換（FFT）思想基礎上，F(xiàn)FT把時域中的信號進行函數(shù)線性疊加處理，判斷信號是否穩(wěn)定。FFT通過對波形的反饋情況，能及時判斷出在不同波形中所對應的故障，正常狀態(tài)下的信號波形應為比較平滑的波形，反之，出現(xiàn)故障時的波形比較雜亂，重復性差。在實際應用中，此種方法更適用對信號穩(wěn)定的汽輪機故障進行診斷，實際應用范圍比較廣。

3.2 汽輪機組故障診斷的機理和策略

（1）故障機理。故障機制是對故障產(chǎn)生的原因進行分析，在對汽輪機故障進行診斷過程中，需要對故障機理有一定的了解，才能開展故障診斷工作。目前，我國汽輪故障維護工作人員先對故障機理進行分析，了解汽輪機組故障癥狀，分析故障發(fā)生規(guī)律，并構(gòu)建故障模型，振動信號分析是對大部分軸系統(tǒng)故障進行分析的主要方法，通過構(gòu)建瀑布圖，對故障進行分析，通過分析靜摩擦問題、旋轉(zhuǎn)機械在線監(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)主要是對系統(tǒng)卡死和非卡死原因故障進行模型分析。

（2）診斷策略與方法。目前，汽輪機故障診斷系統(tǒng)用在邏輯診斷、統(tǒng)計診斷及人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(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)絡系統(tǒng)。在信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，很多學者側(cè)重人工神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷策略的研究。

（3）故障診斷系統(tǒng)設計與系統(tǒng)的實現(xiàn)。相對完整的汽輪機故障診斷系統(tǒng)應包括以下部分：數(shù)據(jù)收集、信號分析和處理，診斷和決策。這四大板塊每一項的實際應用狀況，都直接反映了汽輪機故障診斷技術(shù)的質(zhì)量。汽輪機故障診斷系統(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遠程檢測分析與診斷系統(tǒng)等，從多個方面提高了故障診斷系統(tǒng)的可靠性和效率，并優(yōu)化了運行程序，延長了使用壽命。

4 汽輪機組故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1 遠程協(xié)作診斷技術(shù)的發(fā)展

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

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

4.2 人工智能專家系統(tǒng)的應用

為不斷提高汽輪機診斷系統(tǒng)的準確性，可采用人工智能技術(shù)將專家診斷系統(tǒng)的建立與具有更強自適應仿真能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(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習和重新記憶主動搜索，輸入汽輪機故障原因和故障源，幫助專家系統(tǒng)在識別汽輪機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)的應用可以記錄實際蒸汽輪機在工作過程中產(chǎn)生的問題。通過以不同的方式輸入系統(tǒng)單元，當下次遇到類似問題時，系統(tǒng)可以快速定位問題的本地單元，智能地主動學習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，從而提高汽輪機診斷系統(tǒng)的準確性和完整性。

5 結(jié)語

面對汽輪機應用范圍的擴大，對故障誘發(fā)因素進行詳細準確的分析判斷更為重要，因此，要及時轉(zhuǎn)變思維模式，緊跟世界發(fā)展趨勢，結(jié)合當下先進汽輪機故障診斷技術(shù)與軟件，可知汽輪機故障檢測方法是否正確，同時，還可以診斷復雜故障，判斷是材料問題或者是人工智能應用問題。通過對汽輪機故障診斷技術(shù)進行研究，對提高汽輪機故障診斷技術(shù)有很大的幫助，擴大汽輪機故障診斷技術(shù)的應用范圍，從而提高使用的安全性，進一步促進電力工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。