电厂热工控制系统的故障诊断研究
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【摘要】：火力发电厂热工自动化控制系统是一个相对复杂且功能性较强的控制系统,其主要功能是为了保障设备的安全性能,提高发电机组的经济效益,并且能够减少劳动力改善劳动条件。近年来随着科学技术和计算机的发展,电厂热工自动化控制系统的水平显著提高,在追求良好控制性能的同时, 降低电厂热工控制系统故障发生率，使电网能够高效、稳定输送电能具有十分重要的现实意义。
中图分类号：TP306文献标识码： A
一、控制系统故障诊断的发展
1.基于数学模型方法。故障检测与诊断:故障检测与诊断之和。故障决策:残差被用来检测故障的可能性，决策的规则是检测故障所必须的。故障决策的方法有许多种，可以简单设定一个阀值，也可以用统计决策理论，比如一致似然比或序贯概率比的方法。基于数学模型方法是最早发展起来的，此方法需要建立在被诊断对象较为精确的基础上，进一步可分为:基于参数估计法，基于状态估计方法，一致空间法。
2.基于可测信号的故障诊断法。(1)可测值或其变量变化趋势诊断法。这种诊断方法根据直接可测的输入输出及其变化趋势进行故障诊断，其依据是:正常情况下被控过程的输入输出及其变化在一定范围变化。(2)基于可测信号处理的故障诊断方法。它包括对于输入输出信号做小波变换来进行故障诊断以及利用系统输出在幅值、相位频率及相关性上与故障源之间会有联系。这些联系可用预定的数学形式来表达，在发生故障时则可利用这些量进行分析处理来判断故障源的存在，常用的方法有谱分析法，概率密度法及功率谱分析法。
3.基于人工智能方法（1)故障诊断的专家系统的方法；(2)故障树的诊断方法；(3)基于模式识别的诊断方法；(4)基于模糊数学的诊断方法；(5)基于人工神经元网络的方法等等。
4.控制系统故障诊断热点及难点问题。控制系统故障诊断的热点问题主要有:(1)鲁棒性问题。基于数学模型的故障诊断在线性系统已经非常成熟，但应用到实际领域还相对较少并且基于数学模型的故障诊断方法受模型不精确，干扰很大影响，如何设计一个对于故障灵敏而对于模型误差，未知输入因素不灵敏的鲁棒性检测器已经成为研究的热点问题之一；(2)在基于信号处理的小波变换的故障诊断也是研究的一个热点方向之一；(3)对于非线性的故障检测的研究方兴未艾，由于非线性复杂性以及在工业过程中对象的非线性的普遍性使得非线性控制系统的故障诊断既是研究的热点又是难点问题，目前非线性故障诊断有以下几个方面:自适应非线性观测器，Kalman滤波器的方法，自适应扩展的Kalman滤波器，非线性未知输入观测器法，强跟踪滤波器的方法等等；(4)神经元网络和模糊逻辑用于故障诊断也已经成为故障诊断的一个热点问题。神经元网络在以前一个阶段用于故障诊断主要利用神经元网络的分类器功能，但神经元网络还有任意逼近非线性的能力与学习的能力可用来代替传统的解析计算，这就导致神经元网络和基于数学模型的故障诊断结合起来用来设计神经元网络观测器，用于非线性故障诊断中；模糊逻辑与神经元网络一样在非线性系统故障中设计基于定性模型的知识观测器，这是非线性故障诊断的最新发展。
二、故障诊断技术在热工设备中的应用探讨
1．故障诊断技术在热工设备中的应用。对于热工设备进行故障诊断,一般可以按照如下步骤进行分析诊断,从而对设备的故障作出客观评估有以下几点。(1)分析故障表象:热工设备发生故障,不管是哪个结构部件发生故障,都会有一定的故障表象,比如发热、异响、冒烟等等,通过对故障表象的分析,初步判定故障的类型与级别。(2)提取故障特征:从故障表象中提取相关故障特征,并对故障特征进行定量定性的分析,从而将热工设备的故障特征准确的提取,并自动和特征库做对比。(3)查询故障特征库并作出故障诊断:根据模型故障特征与模型库中的特征集进行对比,对热工设备的故障作出故障结论,并对故障等级作出评估。(4)给出相应的故障处理措施或建议:根据故障类型和故障等级,给出相应的故障处理措施或建议,并执行相应报警程序,从而完成故障诊断。下面结合具体的电厂热工设备―― 锅炉进行故障诊断的应用分析。锅炉在运行时,汽水平衡是很重要的一个运行指标。近年来,随着锅炉容量和压力的不断升级,锅炉汽包水位的控制精度要求也逐渐提高,汽包水位的控制由过去单纯的控制水位一个指标发展到不仅仅要控制水位,还要控制汽水分离率、汽水循环率等a多指标控制,因此汽包水位控制的难度也逐渐加大。这也导致锅炉汽包水位相关零部件极容易发生故障,因此有必要对锅炉汽包水位控制相关零部件进行故障诊断应用。例如,当锅炉汽包水位发生明显变化时,相应的调气阀门应尽快开启,否则容易导致故障。可是由于调气阀门发生故障,锅炉汽包水位发生明显变化,气压失衡,不断冒白烟,这个时候就要进行故障诊断,根据冒白烟这个故障表象和故障特点,就应该判定时调气阀门故障,这是因为锅炉汽包水位采用定速水泵供给水量,一旦锅炉汽包水位发生明显变化时,定速水泵调节供给水量的速度跟不上汽包水位发生变化,必须要开启调气阀门,因此一旦锅炉汽包水位冒白烟,应该判定时调气阀门发生故障,如果不及时维修,则十分容易造成较大的安全事故隐患。
2．电厂热工设备故障诊断技术发展的几点建议。任何设备都离不开维护保养,火力电厂的热工设备同样也不例外,其可靠性需要平常的维护保养来保证。对于热工设备的故障诊断维护,主要从以下几个方面入手实施。(1)制定定期维护和状态检修机制:由于热工设备体积一般较大,结构都较为复杂,控制程度非常高,也非常复杂,定期对热工设备进行维护,例如清扫灰尘,清洗散热片,电磁检测等等,根据定期维护的检测结果对设备的状态进行诊断,当一些关键指标出现变异时即可认为设备性能下降的,对设备进行状态检修,从而可以将设备故障消灭在萌芽中,提高热工设备运行的可靠性。(2)定期进行性能测试:正如上文分析的那样,可以定期对热工设备进行性能测试,选取几个合理的性能指标,通过观测和记录性能指标来对热工设备进行性能诊断,从而为故障诊断提供基础性数据和决策依据。定期的性能测试记录结果能够对热工设备的可靠性及其潜在的故障作出客观的评估,从而有利于故障诊断技术在热工设备中的具体应用。(3)落实责任制:对于热工设备的维护,以及相关配件设备的维护,可以落实责任制,将相应的设备维护责任到人,从而提高相关热工设备管理人员的积极性,并能够有效的提升热工设备的状态性能和服役时间。落实责任制的另一个优势还在于能够激发责任人对相应热工设备故障诊断技术的创新应用,因为最熟悉该热工设备的人就是责任人,因此,借助于一定的激励措施能够提高故障诊断技术在热工设备中的应用可靠性。
总结
通过对电厂热工控制系统出现的故障进行统计，并认真分析故障的产生原因，进而提出相应的解决方法及有效措施是降低电厂热工控制系统故障发生率的重要途径。不断完善电厂的各项管理制度，提高操作人员的职业素养与技能水平，将先进的设备与技术应用于电厂中，只有这样才能够有效降低电厂热工控制系统的误动作次数与故障发生率，最终提高电力系统的供电可靠性。
参考文献
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