基于故障树的大型设备机组故障诊断研究

杨光

【摘 要】为了满足大型设备机组故障诊断的实时性要求，提出一种基于故障树的大型设备机组故障诊断方法。构建大型设备的故障诊断树，对其进行定量分析，计算大型设备机组中各单元的重要程度，并进行排序，以此为依据找到故障诊断的最优路径，从而实现大型设备机组故障的及时诊断。提高了大型设备机组的安全性。

【关键词】故障树；大型设备机组；故障诊断

0 引言

在某工业中，大型设备机组的运行具有长时间、连续性的特点，因此大型设备机组在某工业领域具有无可替代的作用。其中，机组等关键设备具有造价高昂、结构复杂、安全要求高等特点，一旦发生故障将会影响整体机组的正常运行，甚至带来重大的安全隐患。因此，需要对大型设备故障进行及时诊断，使其在发生故障时在最短的时间内投入正常使用。

随着故障诊断理论体系的不断完善和智能故障检测技术的不断发展，越来越多的领域已经开始通过各种先进的检测手段对设备故障进行检测。现阶段大型设备机组故障诊断的方法主要有基于粗糙集的诊断方法、基于神经网络的诊断方法和基于小波变换的诊断方法。其中最常用的是基于小波变换的大型设备机组故障诊断方法。由于故障诊断方法是大型设备机组安全运行的重要保障，因此该课题拥有广阔的发展前景，并成为很多学者研究的重点课题。

传统的故障诊断方法仍然存在着一些不足：基于粗糙集的诊断方法需要处理的运算量巨大，诊断效率降低；基于神经网络的诊断方法容易陷入局部最优解，收敛速度较慢；基于小波变换的诊断方法会造成原始故障的时频信号失真。为了避免传统诊断方法的不足，提出一种基于故障树的大型设备机组故障诊断方法。

1 利用故障树对大型设备机组进行故障检测

故障树诊断法（简记为FTA）又被称为“因果树诊断法”，利用此方法能够对诸多领域中的设备故障进行简单、准确的诊断。在利用故障树诊断法进行大型设备机组故障诊断的过程中，首先需要大型设备机组在满足正常的运行条件下，构建一个系统安全运行的目标，并将此目标定义为故障诊断的分析目标，然后再根据大型设备机组的结构或者功能的关系，从上到下，逐层分析引起故障的全部直接因素，并通过逻辑门的方式将故障与故障因素相连接，这样可以构建大型设备机组的故障树模型，从而可以直观的表示出大型设备机组中各子单元与系统故障之间的逻辑联系。利用FTA进行大型设备机组的故障诊断，不仅可以对由硬件引起的故障原因进行分析，同样可以对引起故障的环境因素和软件因素进行分析，因此可以对故障原因进行定性分析。

通过FTA的分析，可以找到引起大型设备机组发生故障的因素，并由此确定最小割集和最小路集，然后根据大型设备机组运行的有关参数进行定量计算，获得已知故障的分布情况、故障发生概率等重要参数。将FTA应用于大型设备机组的故障诊断中，将系统的故障作为故障树分析的目标，通过逻辑分析可以直接寻找到引起故障的因素，从而为故障的排除提供了准确的依据。

在大型设备机组运行的过程中，通过设备运行在线监测系统，对设备的运行数据进行实时采集，并与给定的参数值域相比较，若超过规定的值域范围，则对该数据进行故障判断，并作为FTA的顶事件，根据FTA分析的有关原理，构建对应的故障树分析模型。大型机组可以采用下行法和不交最小割集法构建故障树模型，通过模型的分析可以得到系统中全部最小割集合顶事件发生的概率。对引起故障的因素进行分析可以，此时所有低事件均为可测的分析单元，也就是引起故障的主要因素。因此，最小割集是隐去故障的最小组合，也是故障诊断的关键。顶事件发生的概率即为故障发生的可能性，为了对大型设备机组的故障进行及时诊断，需要尽快找到故障发生的原因，可以通过对系统中各个功能单元的重要程度进行排序来实现。此处的重要程度的定义为：单元故障概率的变化率导致系统故障概率的变化率，其公式如下所述：

2 结束语

本文介绍了故障树诊断方法在某工业领域中大型设备机组中的应用方法，详细阐述了构建大型设备机组故障诊断的故障树的方法和最优诊断路径实现的方法。该课题具有重要的应用价值，可以实现大型设备机组故障及时诊断与维修，从而保证了大型设备机组的安全运行。

【参考文献】

[1]孙福安，郭亚坤，戴兵.基于模糊故障树的基带设备故障诊断方法[J].兵工自动化，2013（3）：76-79.

[2]尚文，王维民，齐鹏逸.基于条件规则与故障树法的燃气轮机故障诊断[J].机电工程，2013，30（7）：798-801.

[责任编辑：汤静]