發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用=[摘要]本文介紹了發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，包括其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能模塊的實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)源的獲取，可對(duì)發(fā)電機(jī)100余種故障的分析處理。[關(guān)鍵詞]專(zhuān)家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)故障診斷1引言在我國(guó)電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期實(shí)行的檢修體制是以事后維修、預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修為主的檢修體制，檢修工作的內(nèi)容與周期都是預(yù)先設(shè)定的，往往造成臨時(shí)性檢修頻繁、維修過(guò)剩等情況，導(dǎo)致檢修成本過(guò)高，這種檢修體制曾經(jīng)是適應(yīng)我國(guó)生產(chǎn)力發(fā)展的，但隨著當(dāng)代發(fā)電設(shè)備向高參數(shù)、大容量、復(fù)雜化發(fā)展，其安全性要求越來(lái)越高，同時(shí)電廠將競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，現(xiàn)行檢修體制的缺陷日益明顯，因此，對(duì)設(shè)備實(shí)行更先進(jìn)、更科學(xué)的管理和檢修體制，無(wú)論從發(fā)電廠自身的利益還是從社會(huì)的要求出發(fā)，都勢(shì)在必行。狀態(tài)檢修無(wú)疑是一種比較先進(jìn)的檢修體制，它采用先進(jìn)的檢測(cè)診斷技術(shù)，利用可靠性和壽命評(píng)價(jià)技術(shù)等，成為電力系統(tǒng)各網(wǎng)、省公司都正在積極推行的一種優(yōu)化檢修方式。其所要達(dá)到的目標(biāo)是延長(zhǎng)定期檢修間隔，有針對(duì)性地進(jìn)行檢修，提高設(shè)備可靠性和可用率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，從而降低發(fā)電成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)電機(jī)作為電廠中的重要設(shè)備之一，它的檢修的費(fèi)用往往很高。如果因?yàn)槭鹿试斐赏C(jī)，那么，機(jī)組啟停、故障修復(fù)費(fèi)用及被迫停機(jī)少發(fā)電量所造成的經(jīng)濟(jì)損失是很大的數(shù)目。因此，研究發(fā)電機(jī)的故障特征，在運(yùn)行中及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免故障造成嚴(yán)重后果，并制定合理的檢修策略是很有意義的。我廠200MW汽輪發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)就是基于這樣的理念進(jìn)行的，并首先應(yīng)用于#7發(fā)電機(jī)機(jī)組(東方電機(jī)廠出品，型號(hào)QFQS-200-2)。2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)#7發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)直接利用我廠現(xiàn)有的數(shù)據(jù)共享式局域網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖一，系統(tǒng)的應(yīng)用程序（即前處理及推理機(jī)）運(yùn)行在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，客戶端程序（即后處理）運(yùn)行在局域網(wǎng)的各個(gè)工作站上，各終端根據(jù)用戶的身份不同，在結(jié)構(gòu)中具有不同的權(quán)限。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器安裝Windows2000Server操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境Oracle8i，客戶端安裝Windows9x系列。局域網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器終端1有提交權(quán)限的運(yùn)行人員終端2一般運(yùn)行人員終端3有提交權(quán)限的試驗(yàn)檢修人員終端4一般試驗(yàn)、檢修人員終端5管理人員（同類(lèi)終端可有多個(gè)）圖1（同類(lèi)終端可有多個(gè)）圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2.2軟件結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的應(yīng)用軟件，包括多個(gè)功能模塊，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。2.2.1前處理。前處理包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)子模塊。其主要功能是從我廠的局域網(wǎng)中采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別、處理及先兆的自動(dòng)獲取。2.2.2知識(shí)庫(kù)。這是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心部分，在對(duì)我國(guó)近20年來(lái)100MW及以上容量發(fā)電機(jī)事故統(tǒng)計(jì)、分析及預(yù)防對(duì)策的分析研究的基礎(chǔ)上，用發(fā)電機(jī)運(yùn)行、試驗(yàn)、檢修、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及制造工藝諸學(xué)科的領(lǐng)域知識(shí)，尤其是領(lǐng)域?qū)＜以谝陨细鞣矫鎺资甑膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論功底，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的各種故障的故障機(jī)理、故障原因、故障的發(fā)展及其不良后果進(jìn)行了分析并給出了相關(guān)的專(zhuān)家建議。建立知識(shí)庫(kù)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確有效的獲取和表達(dá)專(zhuān)家的知識(shí)。本專(zhuān)家系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則的方法對(duì)專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行處理。2.2.3推理機(jī)。推理機(jī)是一組智能程序，它用來(lái)協(xié)調(diào)、控制整個(gè)系統(tǒng)，以決定如何使用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)。本專(zhuān)家系統(tǒng)采用混合推理的方法。推理機(jī)包括推理機(jī)制和控制策略兩部分。推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)構(gòu)成了專(zhuān)家系統(tǒng)的“智能單元”，知識(shí)庫(kù)反映了專(zhuān)家系統(tǒng)的性能水平，而推理機(jī)決定了專(zhuān)家系統(tǒng)的效率。2.2.4后處理。發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)面向用戶，用戶在使用時(shí)直接面對(duì)的界面是安裝有后處理程序的終端，即客戶端?？蛻舳俗钪饕淖饔檬恰鞍褜?zhuān)家請(qǐng)到用戶身邊來(lái)”，讓用戶直接與“專(zhuān)家”交流。因此，客戶端應(yīng)能讓用戶清楚的看到診斷過(guò)程、診斷結(jié)果以及有關(guān)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障處理和預(yù)防措施的專(zhuān)家建議。并能以最便捷的方式進(jìn)行人機(jī)交互，亦即“與專(zhuān)家對(duì)話”。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)專(zhuān)家結(jié)論打印機(jī)接口知識(shí)庫(kù)解釋器翻譯器圖形和表格人機(jī)界面圖2軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖2.4數(shù)據(jù)流程人機(jī)界面顯示當(dāng)前推理結(jié)果發(fā)生的先兆、診斷意見(jiàn)、人機(jī)界面顯示當(dāng)前推理結(jié)果發(fā)生的先兆、診斷意見(jiàn)、應(yīng)采取的措施的建議、人機(jī)會(huì)話推理結(jié)果生成先兆MIS系統(tǒng)提交菜單圖3系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖前處理機(jī)推理機(jī)后處理機(jī)人機(jī)會(huì)話、在線提交、離線數(shù)據(jù)提交3系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)3.1專(zhuān)家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源3.1.1在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，可以從我廠局域網(wǎng)實(shí)時(shí)獲得，如發(fā)電機(jī)線圈出水溫度、鐵芯溫度、機(jī)內(nèi)氫壓等，#7發(fā)電機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)提供在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量93個(gè)。3.1.2在線非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，可以從就地表讀到或通過(guò)檢查、試驗(yàn)、分析等手段獲得數(shù)據(jù)，需由運(yùn)行、檢修或試驗(yàn)人員定期錄入的監(jiān)測(cè)量，如漏氫量、冷卻水水箱的水位等。此次提供在線非實(shí)時(shí)量7個(gè)。3.1.3離線數(shù)據(jù)。發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，通過(guò)檢查、試驗(yàn)分析等手段獲得的發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)和診斷信息，需由電氣檢修或試驗(yàn)人員錄入。如發(fā)電機(jī)的軸電壓值、槽部電位分布值等。3.2系統(tǒng)主要功能3.2.1總體目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源、在線與離線兩種運(yùn)行方式相互繼承、相互啟發(fā)，可完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障處理等任務(wù)，進(jìn)行多客戶端、多信息處理。目前我廠#7發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)及其氫油水系統(tǒng)可能發(fā)生的106種故障的診斷，并給出有關(guān)診斷方法、運(yùn)行措施、試驗(yàn)檢修方案及預(yù)防措施的專(zhuān)家建議。（可診斷故障列表見(jiàn)附件1）。3.2.2實(shí)現(xiàn)故障分類(lèi)處理功能。根據(jù)我廠的有關(guān)規(guī)定和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將發(fā)電機(jī)故障按照嚴(yán)重程度分為四級(jí)，提醒用戶優(yōu)先處理級(jí)別高的故障（第一級(jí)最為嚴(yán)重）。3.2.3系統(tǒng)基本功能＾趨勢(shì)圖功能。對(duì)所有在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量可提供其隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。＾預(yù)警功能。當(dāng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量超過(guò)其相應(yīng)級(jí)別的門(mén)檻值時(shí)，專(zhuān)家系統(tǒng)以聲音和閃爍的燈光標(biāo)志進(jìn)行報(bào)警。＾推理回溯功能。＾故障追記功能。實(shí)現(xiàn)可按時(shí)間、按操作人員進(jìn)行查詢的追記功能。詳細(xì)記錄推理、診斷及用戶處理故障的全過(guò)程，并對(duì)追記的結(jié)果提供打印功能。＾查詢功能。為用戶提供對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，并為查詢結(jié)果提供打印功能。＾解釋功能。本專(zhuān)家系統(tǒng)將在推理過(guò)程中每實(shí)現(xiàn)一個(gè)規(guī)則之后，對(duì)診斷意見(jiàn)、當(dāng)前發(fā)電機(jī)的狀態(tài)、如何進(jìn)一步進(jìn)行診斷（在尚未得出最終診斷結(jié)果的情況下）、運(yùn)行中應(yīng)采取的措施、對(duì)故障的處理方法（在已得出最終診斷結(jié)果的情況下）、預(yù)防措施等做出詳細(xì)的解釋。＾在線幫助功能。本專(zhuān)家系統(tǒng)可提供詳細(xì)的、具有Windows風(fēng)格的在線幫助功能。4系統(tǒng)使用系統(tǒng)設(shè)置完成后，在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)視時(shí)，使用系統(tǒng)的操作權(quán)限分為三類(lèi)：普通用戶、運(yùn)行操作員和檢修操作員。4.1故障查詢以不同身份登錄系統(tǒng)后，可以使用本系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，查詢當(dāng)前狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)故障，提交非在線故障。查詢菜單如圖4，分為八個(gè)部分的內(nèi)容，故障分類(lèi)說(shuō)明如下表：故障分類(lèi)說(shuō)明表身份查詢項(xiàng)運(yùn)行人員檢修人員待處理故障運(yùn)行時(shí)沒(méi)有處理或有權(quán)處理但沒(méi)有處理完的故障。（該故障來(lái)自各類(lèi)原發(fā)性實(shí)時(shí)先兆，或用戶在線提交和人機(jī)會(huì)話推出的故障）檢修人員有權(quán)處理但未處理或未處理完的故障。（該故障的來(lái)源是運(yùn)行人員轉(zhuǎn)交給檢修的故障，或檢修人員離線提交和人機(jī)會(huì)話推出的故障）遺留故障發(fā)電機(jī)狀態(tài)由運(yùn)行轉(zhuǎn)為停機(jī)時(shí)，所有的運(yùn)行待處理故障將轉(zhuǎn)換為運(yùn)行遺留故障。發(fā)電機(jī)狀態(tài)由停機(jī)轉(zhuǎn)為運(yùn)行時(shí)，所有的檢修待處理故障將轉(zhuǎn)換為檢修遺留故障。已結(jié)束故障所有已處理完畢的故障（即系統(tǒng)已給出確切診斷結(jié)論的故障）忽略故障表計(jì)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或其他原因引起的被用戶忽略不再處理的故障。注：任何用戶忽略一個(gè)故障是都必須簽名（校驗(yàn)口令），并注明忽略原因。全部故障專(zhuān)家系統(tǒng)記錄的所有故障（對(duì)已發(fā)生按故障樹(shù)的葉節(jié)點(diǎn)查找，對(duì)處理中的故障按當(dāng)前節(jié)點(diǎn)查找）4.2故障處理針對(duì)某一故障，根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)給出的專(zhuān)家建議采取相應(yīng)措施，并回答人機(jī)會(huì)話，專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)人機(jī)會(huì)話回答結(jié)果做出進(jìn)一步的診斷。該過(guò)程是在故障瀏覽過(guò)程中，由具有提交權(quán)限的用戶進(jìn)行操作的。用戶進(jìn)行故障處理時(shí)主要是進(jìn)行以下操作：回答人機(jī)會(huì)話：回答專(zhuān)家建議中的人機(jī)會(huì)話的問(wèn)題。轉(zhuǎn)交故障：當(dāng)前工況下用戶已無(wú)權(quán)處理該故障，用戶需要將該故障轉(zhuǎn)交給具有處理該故障權(quán)限的用戶（如運(yùn)行人員可以通過(guò)結(jié)束功能將其轉(zhuǎn)交給檢修人員）。忽略故障：故障處理未完成，但用戶已確認(rèn)故障消失、或因表計(jì)錯(cuò)誤等原因而需要忽略。結(jié)束故障：專(zhuān)家系統(tǒng)已得出確切的診斷結(jié)果后，用戶需要單擊“結(jié)束”按鈕對(duì)當(dāng)前故障信息進(jìn)行處理。4.3其它本系統(tǒng)還可對(duì)發(fā)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行操作員可將系統(tǒng)由運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為停機(jī)狀態(tài)，檢修操作員則可將系統(tǒng)由停機(jī)設(shè)置為運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)允許通過(guò)提交非實(shí)時(shí)先兆來(lái)進(jìn)行故障診斷。5結(jié)束語(yǔ)發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，可以做到隨時(shí)隨地把專(zhuān)家請(qǐng)到用戶的身邊來(lái)，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程與狀態(tài)參數(shù)趨勢(shì)分析及檢修、試驗(yàn)的結(jié)果、無(wú)損探傷試驗(yàn)結(jié)果、電氣絕緣檢查結(jié)果等的分析協(xié)同進(jìn)行故障診斷。不僅根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)給出有關(guān)故障診斷、故障處理的建議，而且通過(guò)追記、查詢所提供的各種統(tǒng)計(jì)分析功能為檢修管理和檢修決策提供科學(xué)依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新和系統(tǒng)功能的日益完善，本專(zhuān)家系統(tǒng)必將逐步得到廣泛的應(yīng)用。附件一：發(fā)電機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)擬診斷的故障列表1，定子線圈及引出線類(lèi)故定子線棒空心銅線部分堵塞故障定子線棒空心銅線全部堵塞故障定子線棒空心銅線斷裂或接頭開(kāi)焊故障定子線棒接頭接觸不良或部分開(kāi)焊故障定子線棒斷股故障定子線棒股間短路故障定子線圈端部連接線接頭松動(dòng)、接觸不良、損壞或斷裂故障連接引線接頭接觸不良或斷裂故障定子線圈普遍過(guò)熱故障2，定子引出線套管類(lèi)故障套管裂紋、斷裂或表面污穢、爬電故障3，定子絕緣類(lèi)故障定子線圈端部接頭絕緣不良故障定子過(guò)渡引線并聯(lián)塊等部位絕緣不良故障定子線圈絕緣裂紋故障定子端部線圈絕緣磨損故障定子端部線圈落入異物故障定子端部線圈絕緣局部電暈故障定子端部線圈絕緣漏電故障定子絕緣內(nèi)部損壞及分層故障定子線圈絕緣受潮故障定子線圈端部絕緣污染故障停機(jī)后或置換氫氣時(shí)導(dǎo)致的定子線圈絕緣受潮故障定子端部線圈絕緣不良故障定子槽部線棒振動(dòng)火花放電故障定子槽部線棒絕緣磨損故障定子槽部線棒防暈系統(tǒng)磨損故障定子線棒產(chǎn)生軸向位移故障多根定子槽部線棒振動(dòng)火花放電故障多根定子槽部線棒絕緣磨損故障多根定子槽部線棒防暈系統(tǒng)磨損故障多根定子槽部線棒產(chǎn)生軸向位移故障4，定子繞組振動(dòng)類(lèi)故障定子端部繞組振動(dòng)故障定子槽部線棒振動(dòng)故障多根定子槽部線棒振動(dòng)故障定子端部引線固定不良故障定子端部引線振動(dòng)故障5，定子鐵芯類(lèi)故障定子鐵心通風(fēng)孔堵塞故障定子鐵心絕緣局部損壞故障定子鐵心端部結(jié)構(gòu)件過(guò)熱故障6，轉(zhuǎn)子繞組類(lèi)故障轉(zhuǎn)子繞組引線接頭接觸不良故障轉(zhuǎn)子繞組接頭開(kāi)焊或斷裂故障7，轉(zhuǎn)子絕緣類(lèi)故障轉(zhuǎn)子繞組接地故障轉(zhuǎn)子繞組非金屬性接地故障轉(zhuǎn)子繞組受潮故障8，轉(zhuǎn)子本體及護(hù)環(huán)類(lèi)故障轉(zhuǎn)子表面的負(fù)序發(fā)熱故障轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔堵塞故障軸頸磨損故障護(hù)環(huán)腐蝕裂紋故障軸電壓的形成故障9，氫系統(tǒng)故障發(fā)電機(jī)端蓋結(jié)合面漏氫故障機(jī)殼裂紋故障引出線套管漏氫故障轉(zhuǎn)子繞組引線密封不良故障氫氣軸密封喪失故障氫氣管道閥門(mén)漏氫故障氫氣濕度高故障氫氣干燥器失效故障流經(jīng)氫氣干燥器的氫氣量少故障10，油系統(tǒng)故障油浸入發(fā)電機(jī)內(nèi)（漏油）故障密封瓦間隙過(guò)大故障。差壓調(diào)節(jié)閥失靈故障差壓調(diào)節(jié)閥調(diào)整不當(dāng)故障氫側(cè)密封油箱浮子閥卡澀故障氫側(cè)密封油泵停轉(zhuǎn)故障氫側(cè)密封油泵出口油壓下降故障密封油系統(tǒng)閥門(mén)誤關(guān)閉故障差壓調(diào)節(jié)閥失靈引起密封油壓降低故障密封油過(guò)濾器堵塞故障密封油泄漏故障密封瓦故障潤(rùn)滑油中含有雜質(zhì)顆粒故障油泵喪失泵送能力故障潤(rùn)滑油輸油母管堵塞故障潤(rùn)滑油輸油支管堵塞故障軸承油大量泄漏故障冷油器污垢故障冷油器冷卻水流量不足故障密封油油中帶水故障平衡閥失靈或調(diào)