工业汽轮机热力性能在线监测与故障诊断的研究

郭智慧（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

1 工业汽轮机故障检测诊断概述

随着现代化工业体系的逐步完善，机械设备的发展态势呈现出大型化、自动化、综合性、复杂性的特征。不同的功能的设备构成一个有机的整体，其鲁棒性越来越强，设备之间配合的紧密型越来越好，在生产过程中的互相联系、耦合程度成为检验一个工业系统的重要标准。相对应地，一台机械设备出现故障，就会造成整体的瘫痪，生产过程被迫中断。

为了避免这一问题的出现，及时掌握不同设备的故障原因就成为关键。上世纪80年代以来，工业设备体系中开始引入在线故障检测技术，主要针对关键部位进行监测和判断，减少了人工排查故障的劳动，取得了较好的经济效益。

国内开始设备在线故障诊断技术起步于上世纪80年代，最初主要在电力系统、石油化工系统、冶金系统和铁路系统中发挥作用。进入90年代，由于计算机技术的快速发展，这一技术迅速扩展到国民经济各种领域，其中大型汽轮机发电机组的在线监测和诊断技术就是典型的一种。

“十二五”期间，汽轮机发电机组的在线监测和诊断技术开始向信息化程度发展，一方面是得益于前期的研究和总结，另一方面得益于信息技术的发展，为系统整体的通信架构提供了基础。我国一些高校如清华大学、哈尔滨工业大学等与国内知名研究机构共同开发，形成了具有独立知识产权的技术体系。

至今为止，汽轮机发电机组的在线监测和诊断技术已经经历了30多年的发展，这期间大量的融入先进科技，如材料技术、电力技术、磁力技术等，对诊断理论的完善有很大的促进作用。总地来说，这一技术涉及到控制理论、信息理论、评价理论、计算机科学、电子技术、神经诊断等十几门理论学科，是典型的边缘科学范畴。近年来，科研人员开始尝试将人工智能与自动化技术结合，应用到这一技术当中，其目的是实现诊断和解决的结合。

随着故障检测诊断技术的不断发展，汽轮机故障研究的大致方向为诊断和解决分离，对于一些常见的故障机理和特征在判断的同时，配合辅助设备实现自动解决，提升整个系统的稳定性。

2 工业汽轮机热力性能在线监测和故障诊断研究

2.1 故障信号采集

由于工业汽轮机的工作环境较为复杂，一旦出现故障，采取传统的人工排查手段费时费力，因此信号采集手段是很好的解决方案；其中，针对热力性能在线检测判断的技术，目前国内的信号采集手段主要是借助传感器，其技术关键是传感器灵敏性、自动化程度和通信手段。

因此，不断提升传感器技术就成了监测关键，新型传感器的应用，可以大幅度降低误诊率和漏诊率，而要满足这一条件，就需要同时从硬件和软件两方面研究入手。单纯地从软件方面分析，目前最先进的技术是人工神经理论系统，我国的研究水平已经达到了国际先进行列，而硬件的研究方面还有所欠缺。

2.2 信息分析处理

汽轮机热力性能的分析便于设定参考层次，如工业体系中的在线监测模块同时绑定了信息处理功能，在操作中并不依赖计算机系统，这一处理方式比较适合汽轮机振动信号的分析处理。一般的汽轮机故障诊断是依赖于振动信号处理，采用快速傅立叶变换的理论；如果一个时期内检测信号具有不同的频率谐波函数的线性叠加，就认为信号是平稳的。

但事实上，很多的检测信号并不是线性的，这也意味着傅立叶变换理论存在应用缺陷，因此国内专家再次基础上加入了汽轮机动静碰撞摩擦诊断体系和汽轮机轴心轨迹的异常检测体系，从检测手段上日渐丰富。

信息处理模块的功能并不复杂，一旦检测信号的对比与设定出现偏差，即返回异常报告信号，提醒操作人员根据指令进行检查。

2.3 故障诊断体系

监测信息反馈是人机响应机制，由于大型汽轮机工作环境的复杂性，以及设备的大规模设置，要及时掌握信息反馈的内容并不容易。在这方面，国内外所采用的一种总线通信形式，可以在一定范围内解决这一问题，即信号反馈做出警报提醒的同时，按照设定部位的顺序反馈给总控室，总控室再次和检修人员确认，做到故障排除的双保险。

3 结语

工业汽轮机热力性能在线监测与故障诊断技术日渐受到重视，其中对振动信号的诊断技术十分完善，但全面分析和典型故障的处理还缺乏有效性；研究表明，热力参数诊断技术也是不可或缺的，围绕着这一课题的研究还存在大量问题亟待解决。从发展趋势来看，故障诊断与故障处理自动化的分离，更符合大型复杂机械设备的应用特点，这也将成为未来的一个主要研究方向。

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