电站锅炉四管泄漏故障模糊识别方法研究

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摘 要：针对300MW火电机组锅炉四管泄漏的特点，建立了四管泄漏故障知识库；运用模糊识别方法对电站锅炉四管泄漏进行诊断，提出了一种运用阀值原则结合最大隶属原则识别故障的新方法；提出了故障距离、无故障半径、故障阀值距离等概念，给予模糊识别方法一种形象化的几何表示。经验证表明，该种新方法对于四管泄漏精度较高，该种几何表示有利于揭示故障的规律和各种故障之间的联系。

关键词：锅炉； 泄漏； 故障诊断； 模糊数学

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2012)02-179-001

锅炉是火力发电机组的关键设备，其运行监测与故障诊断一直是电厂工作人员和科研工作者关注的焦点之一。四管泄漏是指锅炉的水冷壁、省煤器、过热器与再热器管道破裂，造成管内工质泄漏的故障。四管泄漏造成的非计划停炉是电站锅炉的主要设备事故，已对机组安全、稳定运行构成了严重威胁。准确及时地诊断四管泄漏对于火力发电机组安全、经济运行具有重要意义。

本文针对某300MW锅炉机组，对其四管泄漏故障状态下的参数经过提取、整理与转化，建立了四管泄漏故障知识库，并运用阀值原则与最大隶属原则相结合的方法，诊断识别四管泄漏故障。在此过程中，提出了一种故障模糊识别的新方法，并将其表示成形象化的几何形式。

一、电站锅炉四管泄漏故障知识库的建立

1.电站锅炉四管泄漏征兆参数

电站锅炉四管泄漏征兆参数的选取，应注意参数与四管泄漏的相关性，同时还应使所选参数能够更明显地将四管泄漏故障以及四管泄漏与其它故障区分开来。按照此原则，根据理论分析和机组运行数据选取四管泄漏相关征兆参数14个[3]。

2.电站锅炉四管泄漏故障知识库

多数文献在建立故障知识库时，将故障发生时对应的故障征兆参数的变化情况（增大或减小、升高或降低）汇总成故障征兆集，以0、1两数值表示故障发生时该征兆不存在或存在。这种方法形成的故障征兆集包含的元素较多，建立的故障知识库容量较大，故障知识库的建立以及故障识别过程运算量较大。为减小故障知识库的容量，故障特征向量中的数值表示成如下形式：

zij=1 x1＞a0 b≤x1≤a-1 x1＜b (1)

式中zij为典型故障j的特征向量中第i个征兆参数的值；xi为第i个故障相关参数的数值；i=1,2，…n，n为待识别故障与典型故障的特征向量所包含的特征指标个数；j=1,2,3,4，分别表示水冷壁泄漏、省煤器泄漏、过热器泄漏与再热器泄漏；zij取值1、0或－1，分别表示典型故障j的第i个征兆参数上升(或增大)、不变和下降(或减小)；a、b表示认为故障参数上升(或增大)、下降(或减小)的阀值。

二、电站锅炉四管泄漏的模糊诊断理论

故障模糊诊断的理论方法有不同的具体内容，以适应不同的研究对象[4,5]。针对300MW电站锅炉四管泄漏故障，本文提出一种新的故障模糊识别的方法。

设机组正常运行时的无故障状态为v，则状态v的特征向量可表示成v=(0，0，…0)．将无故障状态v定义到数轴上的原点，典型故障j在数轴上对应的点的位置数值为：

待识别故障在数轴上对应的点的位置数值为：

此二式中zi、zij分别为待识别故障u0与典型故障uj的特征向量中的数值，即u0=(z1，z2，…zi，…zn)，uj=(z1j，z2j，…zij，…znj)，num (－1)j与num(－1)0为典型故障j与待识别故障征向量中取值为－1的特征指标个数，其余量意义同前．

故障位置的几何表示如图1所示．

定义各个故障对应的点之间的距离或各个故障对应的点与无故障状态对应的点（原点）之间的距离为故障距离。则待识别故障与典型故障j之间的故障距离为：

dj(u0,v)=d0(u0,v)-dj(uj,v) (4)

基于上述内容，四管泄漏诊断步骤如下．

(1)设数轴上某点到原点的距离为无故障半径，以r表示，作为无故障距离阀值，对于待识别状态到原点的距离d0(u0,v)，

若d0(u0,v)≤r，则待识别状态征兆为正常运行状态；

若d0(u0,v)＞r，则待识别状态征兆为故障状态，进一步用最大隶属原则识别。

(2)设待识别故障与四管泄漏四典型故障之间的故障距离的最小值为dmin，即

dmin=min(dj(u0,uj)) (5)

dsgxl为四管泄漏故障阀值距离，对于dsgxl，

若dmin＞dsgxl，则待识别故障不是四管泄漏故障（是四管泄漏之外的其它故障）；

若dmin≤dsgxl，则待识别故障是四管泄漏故障，是dj(u0，uj)中的最小者对应的故障。

该方法适用于电站锅炉四管泄漏识别，对其具有较高的精度。

参考文献：

[1]张清峰，陈英涛.锅炉四管泄漏的规律及防范措施[J]．华北电力技术，2004，(11)：47~51

[2]陈鸿伟，丁盛，王春波等.基于声发射技术的锅炉“四管”泄漏检测系统[J]．自动化仪表，2006，27(3)：42~44

[3]安连锁，佟鹏，姜根山等.锅炉“四管”爆漏原因分析[J].热力发电，2008，37(6)：42~44

[4]王培红，朱玉娜，贾俊颍等.模糊模式识别在凝汽器故障诊断中的应用[J]．中国电机工程学报，1999，19(10)：46~49．

[5]马良玉，王兵树，佟振声等.对分式凝汽器故障诊断的模糊识别方法及神经网络方法[J].中国电机工程学报．2001，21(8)：68~73