发电机故障诊断专家系统的开发与应用

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1、1发电机故障诊断专家系统的开发与应用发电机故障诊断专家系统的开发与应用姚岚(河北马头发电总厂 056004) 摘摘 要要 本文介绍了发电机故障诊断专家系统的整体设计方案，包括其网络结构设计及功能模块的实现，并通过对不同数据源的获取，可对发电机 100 余种故障的分析处理。 关键词关键词 专家系统 网络结构 故障诊断 1 1 引言引言在我国电力系统中长期实行的检修体制是以事后维修、预防性计划检修为主的检修体制，检修工作的内容与周期都是预先设定的，往往造成临时性检修频繁、维修过剩等情况，导致检修成本过高，这种检修体制曾经是适应我国生产力发展的，但随着当代发电设备向高参数、大容量、复杂化发展，其安全

2、性要求越来越高，同时电厂将竞价上网，现行检修体制的缺陷日益明显，因此，对设备实行更先进、更科学的管理和检修体制，无论从发电厂自身的利益还是从社会的要求出发，都势在必行。状态检修无疑是一种比较先进的检修体制，它采用先进的检测诊断技术，利用可靠性和寿命评价技术等，成为电力系统各网、省公司都正在积极推行的一种优化检修方式。其所要达到的目标是延长定期检修间隔，有针对性地进行检修，提高设备可靠性和可用率，延长设备寿命，从而降低发电成本，提高企业经济效益。发电机作为电厂中的重要设备之一，它的检修的费用往往很高。如果因为事故造成停机，那么，机组启停、故障修复费用及被迫停机少发电量所造成的经济损失是很大的数目

3、。因此，研究发电机的故障特征，在运行中及早发现故障隐患，避免故障造成严重后果，并制定合理的检修策略是很有意义的。我厂 200MW 汽轮发电机故障诊断专家系统的研究开发就是基于这样的理念进行的，并首先应用于#7 发电机机组(东方电机厂出品，型号 QFQS-200-2)。2 2 系统的整体设计系统的整体设计2.1 系统网络结构#7 发电机故障诊断专家系统直接利用我厂现有的数据共享式局域网及数据采集系统（DAS） ，采用分布式网络结构，如图一，系统的应用程序（即前处理及推理机）运行在数据库服务器上，客户端程序（即后处理）运行在局域网的各个工作站上，各终端根据用户的身份不同，在结构中具有不同的权限。数

4、据库服务器安装 Windows2000Server 操作系统，数据库环境 Oracle8i ，客户端安装Windows9x 系列。22.2 软件结构发电机故障诊断专家系统是一个庞大、复杂的应用软件，包括多个功能模块，其结构图如图 2所示。2.2.1 前处理。前处理包括数据采集和数据处理两个子模块。其主要功能是从我厂的局域网中采集数据，进行数据的识别、处理及先兆的自动获取。2.2.2 知识库。这是专家系统的核心部分，在对我国近 20 年来 100MW 及以上容量发电机事故统计、分析及预防对策的分析研究的基础上，用发电机运行、试验、检修、设计结构及制造工艺诸学科的领域知识，尤其是领域专家在以上各方

5、面几十年的实践经验和理论功底，对汽轮发电机可能发生的各种故障的故障机理、故障原因、故障的发展及其不良后果进行了分析并给出了相关的专家建议。建立知识库的关键是准确有效的获取和表达专家的知识。本专家系统采用产生式规则的方法对专家知识进行处理。2.2.3 推理机。推理机是一组智能程序，它用来协调、控制整个系统，以决定如何使用知识库中的知识。本专家系统采用混合推理的方法。推理机包括推理机制和控制策略两部分。推理机和知识库构成了专家系统的“智能单元” ，知识库反映了专家系统的性能水平，而推理机决定了专家系统的效率。2.2.4 后处理。发电机故障诊断专家系统面向用户，用户在使用时直接面对的界面是安装有后处

6、理程序的终端，即客户端。客户端最主要的作用是“把专家请到用户身边来” ，让用户直接与“专家”交流。因此，客户端应能让用户清楚的看到诊断过程、诊断结果以及有关运行监测、故障诊断、故障处理和预防措施的专家建议。并能以最便捷的方式进行人机交互，亦即“与专家对话” 。图 1 网络结构图局域网数据库服务器终端 1有提交权限的运行人员终端 2 一般运行人员终端 3有提交权限的试验检修人员终端 4一般试验、检修人员终端 5管理人员（同类终端可有多个）32.4 数据流程该专家系统的数据流程图如图 3 所示。从流程图中可以看出，数据源进入前处理机后如果某个（或某些）监测量超过门槛值，则生成先兆（或先兆组合） 。

7、原发性先兆触发推理机运行，经过推理得出推理结果并给出专家建议，经后处理显示在界面上.数据采集数据处理管理系统数据库推理机专家结论打印机接口知识库解释器翻译器图形和表格人 机 界 面图 2 软件模块结构框图人机界面 显示当前推理结果发生的先兆、诊断意见、应采取的措施的建议、人机会话推理结果生成先兆MIS 系统提交菜单图 3 系统数据流程图前处理机推理机后处理机人机会话、在线提交、离线数据提交43 3 系统功能实现系统功能实现3.1 专家系统的数据来源 3.1.1 在线实时数据 发电机运行时，可以从我厂局域网实时获得，如发电机线圈出水温度、铁芯温度、机内氢压等， #7 发电机专家系统提供在线实时监

8、测量 93 个。 3.1.2 在线非实时数据 发电机运行时，可以从就地表读到或通过检查、试验、分析等手段获得数据，需由运行、检修 或试验人员定期录入的监测量，如漏氢量、冷却水水箱的水位等。此次提供在线非实时量 7 个。 3.1.3 离线数据。发电机停机时，通过检查、试验 分析等手段获得的发电机的数据和诊断信息， 需由电气检修或试验人员录入。如发电机的轴电压值、槽部电位分布值等。 3.2 系统主要功能 3.2.1 总体目标：实现多种数据源、在线与离线两种运行方式相互继承、相互启发，可完成状 态监测、故障诊断、故障处理等任务，进行多客户端、多信息处理。目前我厂#7 发电机故障诊断 专家系统可实现对

9、发电机及其氢油水系统可能发生的 106 种故障的诊断，并给出有关诊断方法、运 行措施、试验检修方案及预防措施的专家建议。 （可诊断故障列表见附件 1） 。 3.2.2 实现故障分类处理功能。根据我厂的有关规定和运行经验将发电机故障按照严重程度分 为四级，提醒用户优先处理级别高的故障（第一级最为严重） 。 3.2.3 系统基本功能 趋势图功能。对所有在线实时监测量可提供其随时间变化的趋势图。 预警功能。当在线实时监测量超过其相应级别的门槛值时，专家系统以声音和闪烁的灯光标 志进行报警。 推理回溯功能。 故障追记功能。实现可按时间、按操作人员进行查询的追记功能。详细记录推理、诊断及用 户处理故障的

10、全过程，并对追记的结果提供打印功能。 查询功能。为用户提供对过程数据、历史数据的查询功能，并为查询结果提供打印功能。 解释功能。本专家系统将在推理过程中每实现一个规则之后，对诊断意见、当前发电机的状 态、如何进一步进行诊断（在尚未得出最终诊断结果的情况下） 、运行中应采取的措施、对故障的 处理方法（在已得出最终诊断结果的情况下） 、预防措施等做出详细的解释。 在线帮助功能。本专家系统可提供详细的、具有 Windows 风格的在线帮助功能。4 4 系统使用系统使用系统设置完成后，在对发电机进行在线监视时，使用系统的操作权限分为三类：普通用户、运 行操作员和检修操作员。 4.1 故障查询 以不同身

11、份登录系统后，可以使用本系统对发电机的故障进行监测，查询当前状态下的发电机 故障，提交非在线故障。查询菜单如图 4，分为八个部分的内容，故障分类说明如下表：图图 4 4 5故障分类说明表身份查询项身份查询项 运行人员运行人员 检修人员检修人员待处理故障待处理故障运行时没有处理或有权处理 但 没有处理完的故障。 （该故障来自各 类原发性实时先兆，或用户在线提交 和人机会话推出的故障） 检修人员有权处理但未处理或 未处理完的故障。 （该故障的来源是 运行人员转交给检修的故障，或检修 人员离线提交和人机会话推出的故障）遗留故障遗留故障发电机状态由运行转为停机时， 所有的运行待处理故障将转换为运行 遗

12、留故障。发电机状态由停机转为运行时， 所有的检修待处理故障将转换为检修 遗留故障。已结束故障已结束故障所有已处理完毕的故障（即系统已给出确切诊断结论的故障）忽略故障忽略故障表计错误、数据错误或其他原因引起的被用户忽略不再处理的故障。 注：任何用户忽略一个故障是都必须签名（校验口令） ，并注明忽略原因。全部故障全部故障专家系统记录的所有故障（对已发生按故障树的叶节点查找，对处理 中的故障按当前节点查找）4.2 故障处理 针对某一故障，根据专家系统给出的专家建议采取相应措施，并回答人机会话，专家系统根据 人机会话回答结果做出进一步的诊断。该过程是在故障浏览过程中，由具有提交权限的用户进行操 作的。

13、用户进行故障处理时主要是进行以下操作： 回答人机会话：回答专家建议中的人机会话的问题。 转交故障：当前工况下用户已无权处理该故障，用户需要将该故障转交给具有处理该故障权限 的用户（如运行人员可以通过结束功能将其转交给检修人员） 。 忽略故障：故障处理未完成，但用户已确认故障消失、或因表计错误等原因而需要忽略。 结束故障：专家系统已得出确切的诊断结果后，用户需要单击“结束”按钮对当前故障信息进 行处理。 4.3 其它 本系统还可对发电机状态进行设置，运行操作员可将系统由运行状态设置为停机状态，检修操 作员则可将系统由停机设置为运行状态。 本系统允许通过提交非实时先兆来进行故障诊断。5 5 结束语

14、结束语发电机故障诊断专家系统，可以做到随时随地把专家请到用户的身边来， 通过对发电机运行 过程与状态参数趋势分析及检修、试验的结果、无损探伤试验结果、电气绝缘检查结果等的分析协 同进行故障诊断。不仅根据发电机的实时状态给出有关故障诊断、故障处理的建议，而且通过追记、 查询所提供的各种统计分析功能为检修管理和检修决策提供科学依据。随着计算机技术的不断更新 和系统功能的日益完善，本专家系统必将逐步得到广泛的应用。附件一：发电机故障诊断专家系统拟诊断的故障列表附件一：发电机故障诊断专家系统拟诊断的故障列表1，定子线圈及引出线类故 定子线棒空心铜线部分堵塞故障 定子线棒空心铜线全部堵塞故障 定子线棒空

15、心铜线断裂或接头开焊故障 定子线棒接头接触不良或部分开焊故障 定子线棒断股故障 定子线棒股间短路故障 定子线圈端部连接线接头松动、接触不良、损坏或断裂故障6连接引线接头接触不良或断裂故障 定子线圈普遍过热故障 2，定子引出线套管类故障 套管裂纹、断裂或表面污秽、爬电故障 3，定子绝缘类故障 定子线圈端部接头绝缘不良故障 定子过渡引线并联块等部位绝缘不良故障 定子线圈绝缘裂纹故障 定子端部线圈绝缘磨损故障 定子端部线圈落入异物故障 定子端部线圈绝缘局部电晕故障 定子端部线圈绝缘漏电故障 定子绝缘内部损坏及分层故障 定子线圈绝缘受潮故障 定子线圈端部绝缘污染故障 停机后或置换氢气时导致的定子线圈绝缘受潮故障 定子端部线圈绝缘不良故障 定子槽部线棒振动火花放电故障 定子槽部线棒绝缘磨损故障 定子槽部线棒防晕系统磨损故障 定子线棒产生轴向位移故障 多根定子槽部线棒振动火花放电故障 多根定子槽部线棒绝缘磨损故障 多根定子槽部线棒防晕系统磨损故障 多根定子槽部线棒产生轴向位移故障 4，定子绕组振动类故障 定子端部绕组振动故障 定子槽