广东05发电广东05故障诊断专家系统幻灯演示稿

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1、发电机故障诊断专家系统介绍发电机故障诊断专家系统介绍1 一、专家系统的必要性一、专家系统的必要性n 鉴于发电机的重要地位，电厂的管理者、电气专工和相关人员都十分关注发电机的安全运行状况，尤其是当出现一些异常的时候。在这种时候，常常面临着如何判断故障严重程度，是否要降负荷，是否要马上处理（停机），还是结合以后停机的机会再处理；如果要修则怎样修才能从根本上去除故障的病因，避免故障重复发生，以及如何进一步查找事故隐患，怎样评估设备的状态等诸多难以决策的问题。在这种时候，经验丰富的专家常常能提供解决问题的关键性建议和正确的故障处理/检修方案。2n 经验丰富的专家是企业的宝贵财富。 随着电源建设的超高速

2、发展，新建电厂不断投运，经验丰富的专家尤其是高水平专家成为现场的稀缺资源。发电机故障诊断专家系统就是汇集了国内多名著名专家数十年现场经验，应用发电机相关专业的多学科理论，结合我国近20年来100MW及以上容量发电机事故统计、分析及预防对策所积累的实践经验，参照国内外有关规程和规定开发的专家系统，实现了“与著名专家一道防范发电机事故”的目标。n 该系统针对火力、水力发电厂的各类发电机在运行、检修和试验中出现的异常进行故障诊断和处理。它既可以早期发现故障并及时采取有效措施，做到防患于未然，保证发电机的安全运行；又可以通过故障诊断发现潜在故障；评估发电机的当前状态，发现设备及部件寿命的规律；为检修决

3、策提供科学依据，为状态/优化检修工作奠定坚实的基础，从而降低发电成本。3产品成熟、技术先进、性能稳定产品成熟、技术先进、性能稳定n 发电机故障诊断专家系统自2000年投入实际工业应用以来，经过上海外高桥电厂（4台机）、长江三峡水电厂、北京京能热电厂、天津军粮城电厂、河北马头电厂、西柏坡电厂（4台机）等单位的实际应用得到不断完善，产品日益成熟，性能稳定。该系统先后获上海市科技进步三等奖、天津电力公司科技进步一等奖、上海市电力公司科技进步一等奖；先后通过原国家电力公司科技成果鉴定、中国电机工程学会科技成果鉴定，并获得与会专家们的高度评价，认为该系统“填补国内空白，达到国际领先水平”“建议在电力系统

4、推广使用”。4专家系统的目标专家系统的目标n 目标是开发一个使用在线实时、在线非实时和离线数据等多种数据源，将多种数据的采集与分析和发电机状态监测、故障诊断、故障处理、故障统计分析集于一体，具有多任务、多客户端、多信息处理、B-S结构的发电机定子水冷状态发电机定子水冷状态监测及故障诊断专家系统监测及故障诊断专家系统。5二、基本工作原理二、基本工作原理n 该系统是一个集在线实时、在线非实时和离线数据的采集与分析和发电机状态监测、故障诊断、故障处理、故障统计分析集于一体，具有多任务、多客户端、多信息处理、B-S结构的专家系统。专家系统。n 专家系统对采集的在线实时、在线非实时和离线数据，经过数据处

5、理子系统进行分析、加工和处理；将处理后的数据按照其数据特征分别触发状态监测引擎和故障诊断推理引擎，各自进入状态监测子系统和故障诊断子系统流程工作。n 专家系统保存与故障发生、发展、诊断、处理全过程相关的信息，并对其进行统计分析、生成报表。各部分框架结构如图1、图2、图3所示6图图1、专家系统功能框架结构图、专家系统功能框架结构图 7图图2、状态监测功能框架示意图、状态监测功能框架示意图8图图3、故障诊断功能框架示意图、故障诊断功能框架示意图 9三、系统功能。三、系统功能。n该系统主要具有 故障诊断、故障诊断、 状态监测、状态监测、 信息管理、信息管理、 系统维护，系统维护， 等四大功能。10故

6、障诊断子系统。故障诊断子系统。n 故障诊断子系统是系系统统的的技技术术核核心心，是是系系统统最最重重要要的的组组成成部部分分。目前，该系统最多可诊断汽轮发电机159种故障，水轮发电机 102 种故障 。n 故障诊断的主要目的是做到故障不漏判、不错判，早期发现故障，科学处理故障，以防止被诱发故障的出现，避免同类故障的再次发生。n 故障诊断的技术核心是诊断模型。该系统建立诊断模型的基本理念是，采采用用多多种种数数据据源源，以以系系统统在在线线、离离线线两两种种运运行行方方式式相相互互继继承承、相相互互启启发发的的综综合合诊诊断断方方法法对故障进行诊断。 11故障诊断模型故障诊断模型 诊断模型是运用

7、发电机运行、检修、试验、设计和制 造工艺等多学科知识，结合我国近20年来发电机事故统计、 分析及预防对策研究分析的结果，尤其是多名业内著名发 电机专家几十年的宝贵经验，参照国标、部标及发电机有 关规程的规定，并结合具体发电机有关图纸、资料及项目 电厂的各种规程进行了认真的分析、研究的基础上建立的。 同时针对发电机故障的特点和诊断过程中的难点，采取了 有效的技术措施，使发电机故障诊断模型的内容得以全部 实现 。12 发电机故障的特点。发电机故障的特点。 n发电机故障具有隐蔽性隐蔽性 、诱发性、诱发性 、并发性、并发性 、故障发展规律的不确定性故障发展规律的不确定性 、故障与先兆或先兆、故障与先兆

8、或先兆组合之间关系的复杂性组合之间关系的复杂性等特点。 13 隐蔽性。隐蔽性。 n 多年生产实践经验表明，发电机故障具有隐蔽性（渐进性）的特点。表面上看来，发电机的事故常常是突发的，但实际上，在一个突发事故的背后早有故障存在，甚至有一个比较长的发展过程。因此，发电机事故的发生往往是由于对故障的早期先兆缺乏认识或没有给予足够的重视，未能及时处理、消灭故障于萌芽阶段；因故障的发展而导致恶性事故的发生，给电力生产乃至国民经济带来巨大的损失。 14 诱发性。诱发性。 n 发电机的某些故障与故障之间具有诱发性和依从性的因果关系。也就是说，某种故障可能是由另一种故障所引起，而其本身又可能诱发出其它的故障。

9、因此，对这些故障发生、发展规律的物理描述，只依赖于先兆、先兆组合或故障与先兆、先兆组合之间的关系是不够的。还必须涉及到故障与故障之间的关系。 15 并发性。并发性。 n 发电机的故障有时会出现两种或两种以上同时并发的情况，亦即发电机故障具有并发性。 16 故障发展规律的不确定性。故障发展规律的不确定性。 n 在实际生产中，发电机的运行工况千变万化，运行条件也各不相同，而且运行人员对发电机状态监视的注意集中点也有很大的随机性。因此，对同一种故障，首先出现的原发性先兆可能不同，过程性先兆出现的次序也各不相同。亦即，发电机故障的发生和发展的过程具有不确定性。 17 故障与先兆或先兆组合故障与先兆或先

10、兆组合 之间关系的复杂性之间关系的复杂性n 发电机故障与先兆或先兆组合之间不是一一对应的简单关系，而是多对多的复杂关系，一个先兆或一个先兆组合，可能预示着多个故障存在的可能，一个故障的存在，又可能出现多个先兆或多个先兆组合，这是发电机故障所具有的复杂性。n 以上这些特点特点，都给发电机故障诊断专家系统的推理、诊断带来很大的困难，如果考虑不当将会造成错判或漏判。 18 诊断模型的实现诊断模型的实现 。 采用多种数据源，使用在线、离线和在、离线相结合多种诊断方式相互继承、相互启发的综合诊断方法。 由于发电机故障具有隐蔽性（渐进性）的特点，发电机故障的早期诊断必须通过对在线实时监测、在线非实时监测、

11、离线试验、检查等诊断信息所获得的故障先兆进行综合分析，方能得出正确的诊断结论。针对发电机结构复杂的特点，在该系统的推理机制中，采用了在线和离线两种诊断方式相互继承、相互启发的方法实现对故障的综合诊断。 19 诊断模型的实现诊断模型的实现 。 采用多入口、多维网状结构和推理过程中自适应解网技术。 针对发电机故障发展的不确定性和发电机故障与先兆或先兆组合之间关系的复杂性，该系统在故障的推理分析和判断上，采用了多入口、多维的网状结构和推理过程中自适应解网功能，从而使该系统具有人类专家面对不同情况时，解决实际问题的思维能力。 20 诊断模型的实现诊断模型的实现 。 提出多级故障与故障类先兆的概念，解决

12、故障的诱发和依从性问题。n发电机的某些故障与故障之间具有诱发性和依从性。对这些故障发生、发展规律的物理描述，只依赖于先兆、先兆组合或故障与先兆、先兆组合之间的关系是不够的，还必须研究故障与故障之间的关系。为解决这一问题，该系统特提出多级故障与故障类先兆的概念，并将其融入到推理、诊断的过程之中，使这个难题得到了解决。 21 诊断模型的实现诊断模型的实现 。 使用知识规则、算法和专家建议解决故障的并发性问题 。22 诊断模型的实现诊断模型的实现 。 结合实际科学地确定故障先兆的阈值。 先兆是专家系统的诊断依据，因此先兆阈值的确定是保证专家系统做出正确诊断的关键。该系统中先兆的阈值是根据国标、部标、

13、部颁规程、制造厂家关于产品的各种规定、发电厂各种相关规程及国内近年来相关的经验总结、两部的有关文件等经过认真的考虑最终确定的。尤其需要提到的是，采用定子绕组温度指纹计算和动态阈值的方法，对定子绕组热故障进行判断，做到了不漏判、不错判和早期发现故障。 23 故障诊断功能故障诊断功能 。 目前，该系统可诊断汽轮发电机定子、转子和氢油水系统159种故障，水轮发电机定子、转子和其他部分102种故障。 在进行故障诊断的同时，还针对故障的诊断方法、发展趋势、处理方法及预防措施给出相关的专家建议。 面对发电机故障诊断这一难度较大的实际应用领域，系统通过百余万条的推理规则，把有关发电机运行、试验、检修、设计结

14、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面几十年的实践经验和理论功底以及国内、外的先进经验应用到实际问题的求解中去，并结合项目电厂发电机的具体情况，开发个性化的发电机故障诊断专家系统，在深度和广度上都达到一流人类专家的水平。24 实现多数据源、在线、离线的综合诊断功能 。 该系统的数据源分为在线实时数据、在线非实时数据和离线 数据三种。系统在线实时采集和处理数据，形成在线实时先兆； 通过人机会话获取没有进入专家系统的在线非实时数据，形成在 线非实时先兆；也可以通过人机会话获取由试验、检修等离线数 据形成的先兆。通过在线诊断、离线诊断相互继承、相互启发的 方法进行综合诊断。达到了不

15、漏判、不错判和早期发现故障的目 的。 故障分级处理功能 。 为使用户按轻重缓急处理故障，该系统根据有关规 程规定和 运行经验将故障按照严重程度分为四级，第一级为必须立即停机 处理、第二级为应立即降低负荷、第三级为应向领导汇报降低负 荷，第四级为一般故障。发生故障时，分别按照故障级别高低发 出不同的报警声和画面图象的闪动，以提请用户注意。如果有多 个故障同时存在，系统将提醒用户首先处理高一 级故障。 25 推理回溯功能 。 为避免用户因一时疏忽，在回答人机会话时出现错误而导致 误诊断。该系统的推理机具有回溯功能，为用户提供改正错误的 机会。 监测量屏蔽功能 。 当识别出并确认某传感器工作异常时，

16、可屏蔽其监测量，使 其不再介入推理、诊断过程，直至恢复正常时为止。 解释功能 。 该系统具有强大的解释功能。用“故障征兆”、“诊断意见”、 “应对措施”、“人机会话”这4个部分描述诊断推理的整个过程， “故障征兆”按先兆发生的顺序列出已发生的先兆，“诊断意见”给 出当前诊断结果，“应对措施”提出应注意监视、调整、检查的内 容，已得出最终诊断结果时，提出对故障的处理方法、预防措施 等。通过检查得出的结果通过“人机会话”反馈给专家系统，以做 进一步的诊断。 26 定子绕组温度指纹计算及定子绕组温度指纹计算及 动态阈值动态阈值 n 多年来，对全国发电机事故的统计结果表明，采用定子绕组水内冷冷却方式的

17、发电机，因各种原因引发的定子绕组热故障，不仅在发电机事故中所占比例较大而且造成了巨大的经济损失，因此对定子绕组温度的监测和报警阈值的确定方法就显得格外的重要。在相关人员的共同努力下，无论在监测方法或报警阈值的确定方法上都不断的作出了改进，在避免发电机重大事故上取得了一定的成效。但仍有较大的不足之处，亟待改进。 27 目前通用的温度阈值的目前通用的温度阈值的 确定方法及其不足之处确定方法及其不足之处 根据发电机定子线圈所能承受的允许温度和发电机额工况下所能达到的温度，再考虑留有一定裕度确定温度阈值。 采用这种方法只能说明发电机不允许在超过规定阈值的情况下运行，否则可能发生严重事故，不能起到早期发

18、现故障的作用。因为当发电机存在早期轻微故障时，其温度值不一定超过规定阈值，尤其是当发电机处于非额定工况运行时，由于正常温度值就比较低，即便有故障存在也不一定能够超过规定的阈值。因此这种方法容易对发电机的早期故障或发电机处于非额定工况时所发生的热故障产生漏判。 28 例如三峡#1发电机，运行规程规定：当出水温度大于等于 70、槽温大于等于80 时发出温度高报警，出水温度大于等于80、槽温大于等于90时，发出温度高高报警并启动跳闸信号。如果定冷水入口温度为 40计算，则相当于出水温升大于等于 30、槽温升大于等于40 时发出温度高报警，出水温升大于等于 40、槽温升大于等于 50时，发出温度高高报

19、警，启动跳闸信号。而从2003年11月至 2004 年8月 三峡电厂#1 机的现场实际采集数据可以看出，当定子电流为17.4kA、入口水温度为38左右时，各测点中最高出水温升仅为1112、槽温升为910，与规定的报警值相差甚远，只有当故障十分严重时才可能发出报警信号。可见，用这种方法对发电机处于非额定运行工况下所发生的热故障，尤其是早期故障很容易发生漏判。 29 通过横向比较确定定子绕组温度阈值的方法。 为弥补上述以定子绕组所能承受的允许温度确定 温度阈值的不足，采用横向比较的方法来确定温度阈 值：即以定子绕组水支路出水温度最高与平均值之差、 定子绕组水支路出水温度最高与最低之差、定子绕组 槽

20、温度最高与平均值之差、定子绕组槽温度最高与最 低之差确定阈值。 30 横向比较方法的不足之处 由于定子绕组水支路结构的不同、定子绕组材质及加工工艺不尽完全相同、测温元件安装工艺的差异、测量误差的不等各种因素的影响，使得在正常运行情况下，各个水支路的温度各不相同，其差值还随运行工况的不同而不同。例如三峡#1发电机，当定子电流为 17400kA左右时，出水温度最大与最小之差达到6、槽温的最大与最小之差为3。因此采用通过横向比较确定定子绕组温度阈值的方法实际上存在着对不同线棒（ 或不同水支路 ）温度阈值标准的不一致性。这样很容易导致 漏判或错判，即对原有温度低的线棒（ 或水支路 ）造成漏判，对温度高

21、的造成错判。31 部颁规程和反措中提出的部颁规程和反措中提出的 新理念新理念 针对上述问题，在现行国标、汽轮发电机运行规程和防止电力生产重大事故的二十五项重点要求中都要求， 运行人员应将发发电电机机温温度度（ 绕组、铁芯、冷却介质的温度和温升）与正正常常值值比比较较，要注意监视相应的温差、温升，并且要按照制造厂的规定或相应的限额进行报警或停机，这个提法在理念上是完全正确的。这种将每个测点的实测值与自身的正常值比较的结果作为诊断判据的方法，从根本上解决了以上两种方法的不足之处。但在执行中缺乏可操作性，其最大的难点是，正常值的获取问题正常值的获取问题。32 众所周知，发电机定子温度与有功功率、无功

22、功率、定子 电流、纯水进水温度、冷风温度等多个运行参数有关，而在运 行中发电机运行工况千变万化，也就是说，对无数个运行工况 就有与之对应的无数个出水和槽温的正常值。因此，面对千变 万化的运行工况，在线实时提供与之对应的温度正常值是实现在线实时提供与之对应的温度正常值是实现 对定子热状态科学监测的关键对定子热状态科学监测的关键。也只有攻克这个难点，才能真 正贯彻反措精神，对定子热状态实现最合理的监测和诊断，做 到不错判、不漏判。 33 定子绕组温度指纹计算及定子绕组温度指纹计算及 动态阈值动态阈值 。n 基于上述原因，在水氢氢冷却方式的汽轮发电机和水轮发电机上研究开发了 “定子绕组温度指纹计算定

23、子绕组温度指纹计算及动态阈值及动态阈值”判断定子绕组热故障的新方法。 34 定子绕组温度指纹计算。定子绕组温度指纹计算。 n 发电机定子绕组温度指纹计算的目的是，计算在各种运行工况下每个水支路出水温度和槽温度的正常值（即指纹）。 实现的方法是：通过对发电机结构设计、制造工艺等 理论的深入研究，结合对发电机大量的实际运行数据的分析，以热平衡理论为基础，构建指纹计算数学模型。 模型中几个相关系数的确定，采用成熟的参数辩识方法确定之。从而得到发电机每个水支路出水温度和每个槽温度的计算公式，在线实时计算每个水支路出水温度和每个槽温度的正常值。 35 动态阈值及其确定方法。动态阈值及其确定方法。 动态阈

24、值的定义 如上所述，用定子绕组温度指纹计算的方法可以在线实时计算出每个运行工况下发电机每个出水温度（温升）和槽温度（温升）的正常值。通过与实测值的比较便可看出当前发电机的热状态。我们称温升实称温升实测值与计算值之比为温升比测值与计算值之比为温升比，显然温升比的大小将直接反映定子绕组的热状态是否正常或故障的严重程度。因此，可以将温升比作为限制条件确定温度阈值将温升比作为限制条件确定温度阈值，并将其称之为动态阈值动态阈值。 36 动态阈值的确定方法。 。 确定动态阈值的主要依据是动态阈值与故障严重程度的 关系曲线。用指纹计算的方法可以计算出温升比与故障严重 程度的关系曲线，据此，可以分级确定动态阈

25、值。在确定动 态阈值时，还应参照发电厂相关的运行历史资料、发电厂对 定子热故障的检修资料、发电厂运行规程。 显然，采用动态阈值作为诊断依据可以避免目前通用的 确定阈值方法的不足之处。可以做到既不漏判也不错判，尤 其有利于在低负荷的情况下早期发现故障。 37 定子绕组温度指纹计算精度定子绕组温度指纹计算精度n 在实际工程（如上海外高桥发电厂、三峡电厂、天津军粮城发电厂、北京京能热电厂等）项目应用中，汽轮发电机和水轮发电机定子绕组温度指纹计算值，均达到了较高的计算精度。与实测值相比，计算定冷水出口温度的最大误差不高于1、计算检温计温度时最大误差不高于2。如上海外高桥发电责任有限公司发电机水支路出水

26、温度计算误差达到小于1 ，槽温度误差小于2，完全满足了工程的需求。 38状态监测子系统。状态监测子系统。 状态监测子系统充分利用当代计算机的先进技术，通过画面、图形、曲线，在线实时向用户展示发电机当前的运行状态，并协同用户对当前的状态进行比较、分析，尤其是能使用户一目了然的了解到发电机定子绕组的热状态，实现对大容量发电机运行中关键参数快速、清晰、准确地进行监测的目的。n 其主要功能有： 监测发电机运行工况； 监测发电机定子绕组热状态； 利用多种趋势图协同用户对运行状态进行比较、分析。391、 系统界面。系统界面。n系统界面为该系统的主界面，具有以下功能。 界面上标有图标（同时又是快速返回键）、

27、登录用户名、各种菜单、功能键、快捷工具栏，为用户使用该系统提供了一个快速、便捷的操作平台。 系统通过清晰明了的画面向用户显示各监测量的在线实时数据，使用户能够快捷的了解到发电机的运行状态。 40 为使用户能够以最便捷的方式了解到发电机所发生的故 障的情况，系统界面的左侧有一个快捷工具栏快捷工具栏。当鼠标移 动到其上方时，便立即弹出一个菜单。在菜单中分别以新发 故障（尚未进行查看的新发生故障）、运行待解决故障（包 括运行待处理故障和检修转运行故障）和检修待解决故障 （包括检修待处理和运行转检修故障）列出了各台发电机的 故障条目，用户还可通过点击各条目后面的详细内容详细内容查看 故障的详细情况列表

28、详细情况列表，在列表中给出了所选条目下的所有故 障名称，用鼠标点击便可打开故障处理界面，对故障详细内 容进行查看和对故障进行处理。 系统界面如图 4 所示。41图图 4A 系统界面图系统界面图三峡电厂三峡电厂42图图 4B 系统界面图系统界面图北京京能热电厂北京京能热电厂432、监测发电机定子绕组热状态、监测发电机定子绕组热状态 近年来，全国300MW及以上容量发电机的事故统计结果表明，因发电机定子绕组热故障引发的事故占事故总数的30%左右，而且此类事故引发的后果严重，经济损失惨重。因此，对定子绕组热状态的监测及故障的早期诊断、预警等问题已引起业内的格外关注。在该专家系统中，定子绕组热状态监测

29、和定子绕组热故障的诊断方法，也是最重要的研究开发内容之一。44当前发电机温度监测的常用方法当前发电机温度监测的常用方法 电厂通常安装使用的定子温度监测系统，可对发电机绕组每个水支路的出水温度、所埋设的槽温测点测得的温度实时在线监测。 当绕组温度超过规定的阈值时，发出报警，提醒运行人员的注意。这种类型的监测系统在我国电力系统中已应用多年，在防止因发电机定子绕组热故障引发出的重大事故方面起到了一定的作用，但也确有不足之处。 45目前温度监测存在的不足之处。目前温度监测存在的不足之处。 不能对监测部位给出直观的显示。 由于发电机电气回路、冷却水支路、水电连接及温度测点这几者之间的关系非常复杂，难以记

30、忆，即使查图纸也需要几种图纸联系、对照，同时查阅。因此，当在线监测装置以测点的编号显示该测点的温度时，运行人员很难与测点的实际埋设位置联系起来，测点与线棒、冷却水支路等的关系更无法得知，不仅难于了解定子绕组热状态的全貌，而且当发生故障时也很难快速判定故障发生的部位。 46 不能连续性的显示监测量的变化趋势。 现有系统不能对所有监测量的变化趋势给出直观的显示，只 能依靠运行人员的记忆判断或通过阶段性的数据打印输出 结果得 出大体印象。而在实际运行中尤其是有故障发生时， 使用人员特 别希望能通过观察监测量的变化趋势，了解运行状态或故 障的发 展趋势，以便及早采取有效的措施进行防范。 缺少协同用户对

31、定子绕组热状态进行分析、诊断的功能。 针对以上技术难点，该专家系统采取了两项措施该专家系统采取了两项措施，一是 利 用界面显示展示发电机电气回路、冷却水支路、水电连接及温度 测点之间的关系，协同用户一目了然的了解定子绕组热状态的全 貌和对故障发生的部位进行诊断。二是利用在线实时趋势图、比 较分析趋势图和计算分析趋势图，通过横向、纵向的比较，协同 用户对故障的严重程度和发展趋势进行分 析。 47设计新颖的直观界面。设计新颖的直观界面。n 为使用户一目了然的看到当前发电机的运行工况和定子绕组热状态的全貌，并在故障发生时能够快捷确定故障部位，该系统设计了新型的直观界面，清楚地展示了发电机水电连接关系

32、。n 系统采取两层显示结构：第一层集中显示各类温度；第二层显示水电连接关系。以第一层的温度测点为索引，通过温度测点将其相关的电气回路、冷却水支路、水电连接及温度测点之间的关系展示在第二层显示画面上，48关于第二层显示画面的说明关于第二层显示画面的说明n 在第一层界面中选定某个测点值后，点击水电连接按钮，可进入第二层显示界面。在该界面中，显示该测点所在水支路的连接关系：包括进水/出水绝缘引水管位置编号、各线棒编号、各线棒所在的电气分支以及各测点温度值。通过水电连接图，可以清楚的看到发电机定子绕组各水支路包括那些线棒，如何连接、水支路中有那些温度测点和测点的分布情况，展示出该水电支路定子绕组的热状

33、态。n 同时在该层界面上附以实时趋势图、同型测点比较分析趋势图和计算值分析趋势图，协同用户进行分析。 49图图 5A 第一层显示界面图第一层显示界面图三峡电厂三峡电厂50图图6A 第二层显示界面图第二层显示界面图三峡电厂三峡电厂51图图 5B 第一层显示界面图第一层显示界面图北京京能热电厂北京京能热电厂 52图图6B 第二层显示界面图第二层显示界面图北京京能热电厂北京京能热电厂533、趋势图功能。、趋势图功能。 在定子绕组热状态监测方面，该系统向用户提供实时趋势图、同型测点比较分析趋势图和计算值分析三种趋势图。 计算值分析趋势图： 计算值分析趋势图是定子绕组出水温度和槽温度所特有的趋势图，所谓

34、计算值，即通过指指纹纹计计算算得到的在各不同工况下各定子绕组水支路出水温度和槽温度的正常值。当选中某温度测点后，趋势图中将同时显示该测点温度（或温升）的实测值和计算值以及温升比（实测值/计算值）随时间的变化曲线，协同用户对故障的严重程度和发展趋势进行分析。54 同型测点比较分析趋势图。 出水温度同型测点：以相同水支路结构做为同型的条件。例如，在 6个线棒中，同样具有 3上 3下、3上 1下、2上 4下或 4上 2下的水支路分别为同型测点水支路。 槽温同型测点： 槽温同型测点的条件为 上、下层线棒所在水支路结构分别相同； 上、下层线棒在水支路中的排序相同； 槽温埋设位置相同 。 根据以上同型测点

35、的定义可以看出，发电机在正常情况下， 其同型测点的温度应比较接近，而当发生故障时，故障支路相 关测点的温度将高于同型测点的温度，因此通过同型测点温度 的比较分析可以从一个侧面看出定子绕组温度是否正常或故障 的严重程度。 同型测点比较分析趋势图，可以同时显示用户选定的两个 或两个以上的同型测点温度随时间变化的趋势图，协同用户对 故障的严重程度和发展趋势进行分析， 55 实时趋势图 。 实时趋势图展示了温度、定子电流、纯水进水温度等监测量随时间变化的曲线，通过实时趋势图可以方便的观察到这些监测量的变化趋势。第二层水电连接显示界面的实时趋势图与其它界面的趋势图有所不同，此处用户可以根据需要选中本界面

36、上的多个出水温度和槽温度测点的温度，同时进行观察、分析。 其它趋势图。除了上述趋势图功能外，在查询功能的下拉菜单中另有实时趋势图、历史趋势图、当前工况温度曲线和运行月峰值曲线图，以便于对各监测量进行全面监测和分析。56 在线实时趋势图。此处的实时趋势图与监测界面的趋 势图不同，用户可以在该系统全部在线实时监测量范围内， 任意选择、组合，进行分析。 历史趋势图可以显示过去任一天的整点记录，监测量 也可由用户任意选择、组合。 当前工况温度曲线展示的是在当前工况下，出水温度、 槽温度、铁芯温度的当前值，协同用户进行横向比较。 运行月峰值曲线展示的是各温度测点在选定月内最大 工况下的最高温度 。574

37、、预警功能、预警功能 n 运行中，当监测界面上的某一测点值超过规定的阈值时，系统将发出报警信号，越限测点处变色，提醒现场人员目前已有故障发生， 尽快进行处理。58 信息管理子系统信息管理子系统n 为协助用户合理制定反事故预防措施和实现发电机优化检修，不断提高发电机技术管理水平，该系统设计有强大的信息整合、统计、分析功能，其中包括故障追记、查询、统计分析和生成报表等各种功能。591、故障追记、故障追记 。n 该专家系统对全部故障的发生、发展、诊断、处理以及人机交互的全过程进行了详细的记录。用户可以随时对故障处理的过程、专家系统的建议和工作人员回答问题的内容等全过程进行查询，分析，以便不断总结经验

38、，提高对发电机故障的诊断、分析、处理水平，同时也为管理人员对现场的管理考核提供了技术手段。 602、 故障统计、分析。n 为协同用户对故障的发生、发展规律进行分析和为实现优化检修提供科学依据。该系统从以下各种不同角度对已经发生的故障进行统计、分析。 按故障发生的时间进行查询和统计。 按故障级别进行查询和统计。 按故障类别进行查询和统计。 按故障所在部位进行查询和统计。 按故障的因果关系进行查询和统计。61 按故障发生时间进行查询按故障发生时间进行查询 和统计。和统计。n 用户可按所选定的时间段对该时间段内所发生的全部故障进行查询和统计，并可生成月报、季报和年报。62按故障级别进行查询和统计。按

39、故障级别进行查询和统计。 该系统按故障的严重程度将故障分为四级。 一级故障：应安排停机进行处理的故障。 二级故障：应立即降低发电机负荷的故障。 三级故障：应立即向领导汇报，考虑降低发电 机负荷或采取其它必要措施的故障。 四级故障：运行中加强监视的一般故障，一般 情况下这种故障属早期故障。 并按故障的级别进行查询和统计并可生成报表。 63按故障类别进行查询和统计。按故障类别进行查询和统计。 从故障管理的角度出发，该系统将故障分为运行待处理、检修待处理、运行转检修、检修转运行、已忽略故障、已结束故障共六类故障。 运行待处理故障，指运行中发生的故障，但还没有完成最终诊断或尚未进行处理或还没有处理完的

40、故障。运行中，需经常查询运行待处理故障，按照专家系统的建议，采取必要的措施，避免故障的扩大。 运行转检修故障，指故障已经由运行人员进行处理到转换节点，以下必须进行专家系统状态的转换，移交给检修人员进行处理的故障。 64 检修转运行故障，指故障已经由检修人员进行处理到 转换节点，以下必须进行专家系统状态的转换，移交给运 行人员进行处理的故障。 检修待处理故障，指由检修人员提交检修、试验先兆 触发的故障，但还没有完成最终诊断或尚未进行处理或还 没有处理完的故障。 已忽略故障，指因各种原因被用户所忽略的故障。忽 略的原因有表计指示错误、原发性先兆消失和其它用户 认为可以忽略的故障。 已结束故障，指已

41、作出最终诊断或已经处理完的故障。 系统可按故障类别进行查询和统计，并可生成报表。 65按故障所在部位进行查询和按故障所在部位进行查询和 统计。统计。 按故障部位进行查询易于发现故障的频发部位，可进一步发现发电机设计结构、制造工艺、检修工艺以及运行中存在的重大缺陷。尤其是设计结构和制造工艺的固有缺陷，更易导致发电机某些部位频发性故障的发生。 该系统对其所诊断故障进行了部位划分，大部位有定子、转子、集电环和碳刷、纯水系统、空冷器系统、机壳六大部位，大部位内又分若干小部位，对已结束故障可以按部位进行查询和统计。 故障部位图如图 7 所示。66图图 7 故障部位图故障部位图67 按故障的因果关系进行查

42、按故障的因果关系进行查 询和统计。询和统计。 该系统用故障树的方法表示故障之间的因果关系。用户通过故障树可以清楚的看到已发生故障的诱发原因和该故障可能诱发出的故障。通过合理制定检修措施，一方面使故障得到根除、避免同类故障的再次发生，另一方面采取相应的预防措施，防止被诱发故障的产生。 故障树如图 8 所示。68图图 8 故障树图故障树图69 系统维护子系统系统维护子系统 n 系统维护功能主要分为身份管理身份管理 、日志日志 、系统系统维护维护 、专业维护专业维护 、数据库接口数据库接口等五个功能。701、身份管理。、身份管理。n 电厂的运行体系是一个严格的体系，不同的人员对设备有不同的职责和权限

43、。为适应这种管理体系，该系统有严格的用户管理和身份管理功能 。n 系统将发电机分为停机和运行两种状态。当发电机处于运行状态时，允许有权限的运行人员进行人机交互；当处于停机状态时，则只允许有权限的检修人员进行人机交互。有权限的管理人员可以进行系统维护和专业维护，其它人员则只能以游客的身份对系统进行浏览。 712、日志功能。、日志功能。 n 为了方便用户的管理人员了解该系统的使用情况，系统具有日志功能，对登录该系统的使用人员，使用时间，对发电机的状态转换、对系统参数、专业参数进行修改设置的人员和时间均有详细的记录，以方便对该专家系统的使用管理和考核。 723、系统维护功能。、系统维护功能。 n 系

44、统管理员可根据需要对使用该专家系统的部门、人员进行增加、删除和修改操作，并根据相关规定对使用该专家系统的运行人员、检修人员、专业维护人员和管理人员实施权限管理，分别赋与不同的权限。 734、专业维护功能。、专业维护功能。n 本功能主要用于对专家系统的基础数据进行维护，其中包括： 对在线实时监测量采样周期进行修改调整 。 对监测量的类别（在线实时、在线非实时、离线、不存在）进行设置和修改 。 对在线实时监测量生成先兆的动态阈值和静态阈值进行设置和修改 。745、数据库接口功能。、数据库接口功能。n数据接口包括：n数据库连接方式说明 、数据库结构详细说明 和基于组件的数据接口程序 。 75 在线帮

45、助功能。在线帮助功能。n 为了便于用户深入了解该系统、更充分的发挥系统功能，提供了在线帮助功能，详细介绍了系统的维护、使用方法。此外该系统还具有以下特殊的帮助功能。 协同用户对故障诊断、处理方法进行分析。 协同用户对故障先兆的定义有更深入的了解， 在线实时向用户展示各先兆规定的门槛值。76 四、软件结构四、软件结构 。 体系结构体系结构 。 该专家系统软件采用符合工业标准的N-Tier多层体系结构，彻底实现Browser/Server计算模式，完整实现标准/非标准数据及数据结构交换，做到客户端免维护，极大地减少了现场维护量，提高了系统的效率和系统的安全稳定性；为将来远程诊断奠定了基础。 其体系

46、结构见图 9和图 10。 77图图 9 技术框架体系结构图技术框架体系结构图78图图 10 业务框架体系结构图业务框架体系结构图79 基本特征基本特征 。 1、 彻底的开放式工业标准体系。 遵循彻底的开放式工业标准体系与协议，如TCP/IP、XML、SOAP、HTML等。遵循开放的标准使得N-Tier多层体系的计算方式突破原来不同的操作系统、不同的数据库/数据仓库系统、不同的硬件平台对应用系统的限制；而应用系统的开发，也可以专注于算法的优化和集成度的提高。 80 2、低廉的应用运行、开发和管理成本 。 客户机只需要运行浏览器软件和一些简单的系统级基础组 件，无需太高的配置和不断的升级；所有应用

47、一旦部署完成， 就可以适应不同用户各种多样化的运行环境，无论安装和升级 均只需要在少量的主干节点上进行。 3、简单而一致的访问方法 。 无论访问共享信息或运行应用程序，用户所面对的都是统 一的浏览器界面，用户所有操作就一如日常的业务执行方式， 从而大大降低用户的培训和维护开销。 4、高度的安全性与可靠性 。 所有应用和数据均放置在单一而可靠的主干节点之上，良 好的架构级安全特性以及完善的软件结构，保证了发电机故障 诊断专家系统运行的安全可靠性。 81 严格的测试。严格的测试。n 该专家系统的安全防护功能在上述几方面都严格地进行了高度苛刻的测试，并在系统交付以前采用业界最先进的入侵检测工具对整个

48、系统进行破坏性模拟攻击和数据侵彻性模拟损毁，以确保系统完全满足日益严峻的用户安全防护需求。 82 运行环境。运行环境。 该系统软件安装运行于客户的服务器上，输入的监测量数据取自客户所提供的数据接口。 用户网络支持 10M/100M/1000M以太网，网络协议采用TCP/IP。 用户数据提供 通过DAS/DAS系统或MIS系统提供在线实时监测量数据至数据库服务器，并提供该数据库服务器IP、数据库名称、结构、类型、库文件字段名及其含义、属性、数据库接口、具备相应权限的用户账号及对应密码，以及涉及数据传输的各类相关信息（包括相关的数据库接口程序等）。 83 系统实时性。 要求在线实时监测量的采样周期

49、小于60秒 。 服务器。 需客户提供具备Windows2000Server环境，至少1GRAM， 1G空闲硬盘空间的服务器，用以安装运行该系统。 客户端操作系统。 Windows9x/NT/2000/XP；IE5.5以上。 84五、应用前景和效益分析。五、应用前景和效益分析。 发电机定子水冷状态监测及故障诊断专家系统是集在线监测、故障诊断、信息管理功能于一体的多任务、多客户端、多信息处理的B-S结构的软件，是针对发电机在运行、检修和试验中出现的异常进行故障预警、诊断和处理的一套专用系统。它既可以早期发现故障并及时采取有效的技术、组织措施，做到防患于未然，保证发电机的安全运行；又可以通过故障诊断

50、评估发电机的当前状态，进而决定检修策略和方法。具有很大的经济效益和社会效益。 85 社会效益。社会效益。 当前，电力供需形势趋紧，制约了经济社会的发展，特别是在东部经济发达地区。2004年华东电网电力负荷缺口在1800万千瓦以上，拉限电65亿千瓦时以上。南方电网2005预测缺电780万千瓦，仅广东电力缺口就达450万千瓦。由于供需矛盾突出，发电机组几乎全部满负荷运行，系统备用容量严重不足。同时，由于机组长期满负荷运行，使得发电设备健康水平下降，给电力系统安全运行也带来隐患。 n 确保发电机安全运行关系到企业自身利益，关系到电网稳定和国民经济发展，具有重要的经济和社会意义。 86 经济效益。经济

51、效益。n 该系统投入使用后，一方面既能早期发现故障，同时提出相应处理措施的专家建议，将故障消除在萌芽状态，避免故障演变成为恶性事故。另一方面又能根据故障的轻重缓急，提出合理、可行的应对措施，便于合理安排检修计划，既减少非计划停运，避免电网的处罚，也使发电机可用率最大化，实现安全、经济运行。n 例如上海外高桥2发电机故障诊断专家系统仅在试运行的半年时间里，就诊断出两个故障，避免经济损失达780万元（详见上海外高桥发电有限责任公司汽轮发电机故障诊断专家系统应用前景及效益预测报告），投入产出比是1：13.4。87 与因不能发现早期故障和不能正确进行处理，致使发电机发生事故的情况相比较，暂且不计昂贵的

52、修理费用、电网对非计划停机的罚款、非计划停机对电网稳定造成的扰动等方面损失，仅考虑少发电量损失一项，按事故停机10天计算，可以创造巨大的经济效益。 例如该系统可诊断三峡特大型水轮发电机定子、转子和其他部分可能发生的一百多个故障。三峡#1发电机目前平均负荷为550MW，每日发电量为1320万kWh，按0.25元/kWh计算，每日售电收入为330万元。只要能提早发现和诊断出这一百多个故障中的一个故障，按事故停机10天计算，投入产出比便可以达到1:40以上，可以创造几十倍乃至上百倍的经济效益。88 应用前景。应用前景。n 随着电力系统改革的深入，减员增效、检、运分离势在必行，作为电厂全能运行人员和设备责任人不可能对众多设备的故障机理均有深刻的理解，所以在提高人员素质的同时必须提高故障诊断的自动化水平。应用该专家系统，就好像将专家请到了身边，可为发电机安全运行提供可靠的技术保障，具有良好的应用前景。 该系统的架构具有良好的兼容性和可扩展性，可以推广应用于各类火力发电厂汽轮发电机和水力发电厂的水轮发电机，并结合不同项目和机型做个性化开发。相信该系统在电力系统中将得到广泛的应用。89Fdes.NET 发电机故障诊断专家系统发电机故障诊断专家系统精确保障发电运行安全精确保障发电运行安全90